Mit seinem Projekt „Mechanisms and molecular innovation in plant cellular dormancy” (MORPHEUS) – Mechanismen und molekulare Innovationen dormanter Pflanzenzellen – will Juan Carlos De la Concepción die mechanistischen Grundlagen und die molekulare Evolution der Keimruhe bei Pflanzen aufklären. Der ERC finanziert das Projekt mit gut 1,5 Millionen Euro über einen Zeitraum von fünf Jahren.
Alle Lebewesen stehen vor einer universellen Herausforderung: in einer rauen und sich verändernden Umwelt zu überleben und zu gedeihen. Viele Lebensformen, von Bakterien bis hin zu mehrzelligen Eukaryoten, haben unabhängig voneinander eine Überlebensstrategie entwickelt: die Dormanz. Dabei handelt es sich um eine Ruhephase, während der die Zellen in einen Zustand geringer Stoffwechselaktivität eintreten, der sie am Leben erhält, bis wieder günstige Bedingungen herrschen. Dieser Prozess verhindert das Aussterben von Populationen und spielte eine entscheidende Rolle bei der Entstehung und dem Fortbestand des Lebens auf der Erde. Da sich Pflanzen in der Regel nicht fortbewegen, nutzen sie die Dormanz als bewährte Strategie, um zu überleben und ihre Nachkommen zu verbreiten. Die Keimruhe ist fest in den Fortpflanzungszyklus der Pflanzen integriert und prägt deren ökologischen Erfolg und ihre Vielfalt.
„Indem sie den Zeitpunkt der Keimung steuert, hat die Dormanz einen starken Einfluss auf das Überleben, die Anpassung und das Aussterben von Pflanzenpopulationen. Diese Fähigkeit ist so wichtig, dass sich im Laufe der Pflanzenevolution unterschiedliche Strategien dafür herausgebildet haben“, sagt De la Concepción. Samen können etwa Jahrhunderte im Ruhestadium verharren, während sie vom Wind oder Tieren verbreitet werden, bis sie ein günstiges Umfeld für das Auskeimen der neuen Pflanze erreichen. „Dadurch ist die Dormanz auch ein wichtiges Merkmal in der Landwirtschaft, das Ernteerträge beeinflusst und erhebliche wirtschaftliche Auswirkungen hat.“
Was tut nun die Zelle, um schlechte Zeiten zu überstehen, ohne ihre Lebensfähigkeit einzubüßen? „Verschiedene Organismen treten auf ganz unterschiedliche Weise in eine Ruhephase ein, doch ein allgemeines Merkmal ist die Abschaltung energieintensiver Prozesse in der Zelle“, erklärt De la Concepción. „Besonders energieintensiv ist die Proteinproduktion in den Ribosomen, die Translation. Die Zellen müssen diese Synthetisierung von Proteinen daher beinahe vollständig stoppen. Im Laufe der Evolution haben sich unabhängig voneinander mehrere Mechanismen für diese Inaktivierung von Ribosomen, die sogenannte Ribosomenruhe, entwickelt.“
Während die entsprechenden molekularen Mechanismen bei Bakterien, Hefen und Tieren bereits umfassend untersucht wurden, sind sie bei Pflanzen noch weitgehend unbekannt. „Wie unabhängige Pflanzenstämme unterschiedliche molekulare Mechanismen zur Aufrechterhaltung der Ribosomenruhe entwickelt haben, bleibt eine grundlegende Frage der Pflanzen- und evolutionären Zellbiologie“, sagt De la Concepción. Um sie zu beantworten, will er die neuesten methodischen Fortschritte in der Strukturbiologie, der Proteomik sowie der vergleichenden Genetik zwischen ausgewählten Modellorganismen, die verschiedene Stufen der Pflanzenentwicklung abdecken, nutzen.
Kontakt:
Dr. Juan Carlos De la Concepción
Universität Tübingen
Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen
juan.delaconcepcionspam prevention@zmbp.uni-tuebingen.de
