Chromatin Architektur und Pflanzenentwicklung

Die Entwicklung höherer Pflanzen zeichnet sich, im Gegensatz zu prä-determinierten tierischen Entwicklungsabläufen, durch eine bemerkenswerte Flexibilität aus. Diese Anpassung an standortbedingte Veränderungen (Adaptation) betrifft primär die post-embryonale Entwicklung, und wird durch ein umfassendes Spektrum an sensorischen Signaltransduktionsmechanismen kontrolliert. Veränderungen in der Umwelt werden durch diese Signaltransduktionswege übermittelt und beeinflussen nachhaltig endogene Entwicklungsprogramme der Pflanzen. Eine Schlüsselrolle in der Regulation des Zellzyklus und der Differenzierung von Pflanzenzellen spielen die beiden Wachstumsregulatoren Auxin und Cytokinin. Beide Hormone üben sowohl synergistische als auch antagonistische Effekte auf das Pflanzenwachstum aus, und bestimmen dadurch wesentliche Aspekte in der Kontrolle des adaptativen Pflanzenwachstums. Der regulierende Einfluss von Auxin und Cytokinin auf das Pflanzenwachstum erfolgt vor allem über die transkriptionelle und post-transkriptionelle Kontrolle von Zellzyklusregulatorgenen. Die molekularen Mechanismen die den Einfluss der beiden Wachstumsregulatoren auf Zellzyklusregulatoren kontrollieren, sind jedoch nur unzulänglich verstanden. Im Labor des Antragstellers wurde ein Schlüsselprotein, welches den Einfluss von Auxin und Cytokinin auf Zellzyklusregulatoren kontrolliert, isoliert. PROPORZ1 (PRZ1) kodiert für ein transkriptionelles Adaptorprotein, das eine Rolle in der Kontrolle der Chromatinarchitekur spielt, und dadurch die Expression von einer Reihe von Genen beeinflusst. Analyse von prz1-Mutanten zeigte, dass das Gen die hormon-abhängige Transkriptionskontrolle beeinflusst. Defekte in PRZ1 führen zu starken Veränderungen in der Expression von Zellzyklusregulatoren, was zu drastischen Veränderungen im Pflanzenwachstum führt. Ziel dieses Projektes ist eine weiterführende, umfassende Charakterisierung von Mechanismen, die die Chromatinarchitektur und damit assoziierte Transkriptionskontrolle in Abhängigkeit von Auxin und Cytokinin beeinflussen. Diese Arbeiten beinhalten einerseits die Identifizierung von weiteren PRZ1-regulierten Genen im Arabidopsis Genom und andererseits die Charakterisierung von Mechanismen, durch die Auxin und Cytokinin die Chromatinarchitektur regulieren. In zusätzlichen Experimenten soll die Funktion von ausgesuchten Proteinen, die mit dem PRZ1-Protein interagieren, in der Regulation der Pflanzenentwicklung untersucht werden. Die geplanten Experimente sollten einen vertiefenden Einblick in die molekularen Mechanismen der Adaptationskontrolle von höheren Pflanzen erlauben, was, im Zusammenhang mit den zurzeit erfolgenden globalen Änderungen in Umweltparametern, auch von bedeutender sozioökonomischer Relevanz sein dürfte.

Die Entwicklung höherer Pflanzen zeichnet sich, im Gegensatz zu prä-determinierten tierischen Entwicklungsabläufen, durch eine bemerkenswerte Flexibilität aus. Diese Anpassung an standortbedingte Veränderungen (Adaptation) betrifft primär die post-embryonale Entwicklung, und wird durch ein umfassendes Spektrum an sensorischen Signaltransduktionsmechanismen kontrolliert. Veränderungen in der Umwelt werden durch diese Signaltransduktionswege übermittelt und beeinflussen nachhaltig endogene Entwicklungsprogramme der Pflanzen. Eine Schlüsselrolle in der Regulation des Zellzyklus und der Differenzierung von Pflanzenzellen spielen eine Reihe von Pflanzenhormonen, welche wesentliche Aspekte der umweltbedingten Anpassung des Pflanzenwachstums regulieren. In diesem Projekt wurden die Effekte des Pflanzenhormones Auxin auf die Chromatinstruktur und die Aktivität von essentiellen Regulatoren des Pflanzenwachstums analysiert. Weiters konnten in diesen Arbeiten einige Komponenten die in der Übermittlung von Auxinsignalen in der Kontrolle des Zellzyklus und der Zellproliferation charakterisiert werden. Unsere Ergebnisse vermitteln einen vertiefenden Einblick in die molekularen Mechanismen der Adaptationskontrolle von höheren Pflanzen was in Zukunft von bedeutender sozioökonomischer Relevanz sein könnte.