Ehemalige Forschungsgruppen

3. Analyse der pflanzlichen Stress-Antwort

Hintergrund

Im Zuge des Klimawandels wird deutlich, dass unsere Kulturpflanzen vornehmlich auf Ertragsmenge und –qualität, aber unzureichend auf Ertragsstabilität hin gezüchtet wurden. Letztere ist durch Hitzestress stark gefährdet. Diesem Dilemma könnte durch transgene Pflanzen begegnet werden, wenn die Mechanismen der pflanzlichen Stressantwort verstanden wären. Die pflanzliche Adaptation an Hitzestress wird vor allem durch Hitzeschock-Transkriptionsfaktoren (HSFs) vermittelt. Diese haben sich in höheren Pflanzen jedoch durch Genduplikationen zu großen Famlien mit mindesten 21 Mitgliedern entwickelt, was deren Funktionsanalyse dramatisch verkompliziert. In Chlamydomonas jedoch existiert nur ein einziger echter Hitzeschockfaktor, der alle typischen Eigenschaften pflanzlicher (Klasse A) Hitzeschockfaktoren inne hat. Dieser Umstand macht Chlamydomonas zum idealen Modellorganismus, um die Grundzüge der pflanzlichen (Hitze-)Stressantwort zu untersuchen.

Ziel

ist es die Grundprinzipien der (HSF-vermittelten) Hitzestressantwort in Chlamydomonas zu verstehen.

Status quo

Durch die Kombination von pharmazeutischen und RNAi-Ansätzen ist es uns gelungen ein Arbeitsmodell für die Regulation der Hitzestress-Antwort in Chlamydomonas zu erstellen (siehe folgende Abbildung). In Zusammenarbeit mit Alexander Skupin und Oliver Ebenhöh am MPI wurde dieses Modell in ein mathematisches Modell formuliert, das unsere experimentellen Ergebnisse aus Inhibitor-Fütterungsexperimenten getreu reproduziert. Weiterhin konnten wir mit Hilfe eines „quantitativen Shotgun-Proteomics“-Ansatzes 1117 Proteine während einer Hitzestress-Kinetik verfolgen. Bei 39 dieser Proteine erhöhten sich die Konzentrationen während des Hitzestresses, bei 209 verringerten sie sich.

Aktuelle Fragestellungen und experimentelle Ansätze

  • Ist unser Modell der Hitzeschock-Antwort in Chlamydomonas korrekt?

→ Vorhersagen durch das mathematische Modell werden durch gezielte Experimente überprüft, um das Modell weiter zu optimieren und präzisere Vorhersagen zu machen, die wiederum experimentell geprüft werden.

  • Welche Gene werden durch HSF1 reguliert?

→ In Zusammenarbeit mit Wolfgang Hess an der Universität Freiburg werden Expressionsprofile von HSF1-RNAi und Wildtyp-Stämmen mit Hilfe von Microarrays analysiert. Diese Daten werden durch ChIP-seq Daten aus Chromatin-Immunopräzipitationen mit anti-HSF1 Seren unterstützt (in Zusammenarbeit mit Sabeeha Merchant von der UCLA).

  • Welche Funktionen haben Proteine, die im Zuge des „Shotgun-Proteomics“-Ansatzes als durch Hitzestress stark verstärkt exprimiert erkannt wurden?

→ Die Funktionen von mindestens 8 solcher Proteine sollen mit Hilfe artifizieller micro-RNA-Ansätze ermittelt werden.

 
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