Teilprojekt D02: In planta Analyse eines Plasmamembran-assoziierten Brassinosteroid-Reaktionswegs
Leitung:
Prof. Dr. Klaus Harter
Universität Tübingen
ZMBP, Pflanzenphysiologie
Auf der Morgenstelle 1, 72076 Tübingen
Tel 07071 – 29 72605
Fax 07071 – 29 3287
klaus.harter@zmbp.uni-tuebingen.de
PD Dr. Frank Schleifenbaum
Universität Tübingen
IPTC, Biophysikalische Chemie
Auf der Morgenstelle 18, 72076 Tübingen
Tel 07071 – 29 76222
FAX 07071 – 29 5490
frank.schleifenbaum@uni-tuebingen.de
Prof. Dr. Ursula Kummer
Universität Heidelberg
COS, Bioquant
INF 267, 69120 Heidelberg
Tel 06221-54-51278
Fax 06221-54-51483
ursula.kummer@bioquant.uni-heidelberg.de
Zusammenfassung:
Brassinosteroide (BRs) regulieren Wachstum und Entwicklung von Pflanzen. Das "Standardmodell" des BR "response" Wegs in Arabidopsis beinhaltet die Bindung von BR durch den Plasmamembranrezeptor BRI1, Oligomerisierung mit dem Korezeptor BAK1 gefolgt von der Aktivierung einer komplexen Signaltransduktionskaskade, die in eine differentielle Genexpression mündet.
Wir haben kürzlich einen genexpressionsunabhängigen BR "response" Weg identifiziert, der die Polarisation der Plasmamembran (Em) und die Expansion der Zellwand kontrolliert - beides entscheidende Prozesse, die dem Zellelongationswachstum vorausgehen. Dieser Weg beinhaltet zumindest BRI1 und die Plasmamembran P-Typ ATPase. Weitere Komponenten, der molekulare Prozess, die inhärente Dynamik, die diesen "signal-response" Weg ausmachen, sind bisher jedoch nur in Ansätzen verstanden. So scheinen in die Regulation des BR/BRI1-abhängigen Zellelongationswachstums noch weitere Wachstumsregulatoren und ihre Rezeptoren direkt oder indirekt involviert zu sein. Dazu gehören vermutlich Auxin, das über ABP1 das schnelle Elongationswachstum induziert, sowie die Phytosulfokine, deren Perzeption über PSKR-Rezeptoren verläuft. Vor diesem Hintergrund sollen im vorliegenden Teilprojekt die folgenden Fragen beantwortet werden, wobei uns unter anderem die BR-regulierte Zellwandexpansion und Em-Änderung der Plasmamembran als zellphysiologische "readouts" dienen:
- Wie aktiviert BRI1 spezifisch die P-ATPase in der Plasmamembran?
- Welche Rolle spielt dabei eine mögliche, spezifische Phosphorylierung der P-ATPase durch BRI1?
- Sind darin weitere Elemente des "Standard"-BR "response"-Weges wie etwa BAK1 oder BKI1 integriert?
- Haben andere Faktoren und Komponenten, die das Elongationswachstum in Pflanzenzellen steuern können, dabei eine Funktion?
Im Zuge des Teilprojekts sollen spektromikroskopische Verfahren wie beispielsweise die STED- und PALM/STORM-Superresolutionmikroskopie, Fluorescence Excitation Spectroscopy (FExS), Mehrfach-FRET zur zellbiologischen Analyse pflanzlicher Zellen eingesetzt, weiterentwickelt und etabliert werden.
Des Weiteren wird in Interaktion zwischen theoretischen und experimentellen Arbeiten auf der Basis unserer quantitativen, raum-zeitlich aufgelösten, zellphysiologischen Daten ein mathematisches Modell der Plasmamembran-lokalisierten BR/BRI1-Reaktionswegs entwickelt, das bei der Beantwortung der obigen Fragen helfen soll und insbesondere auch die Regulation und zeitliche Dynamik des BR/BRI1-Reaktionswegs analysieren soll.