Molekulare Mechanismen von AP2C1/2 in der Stressadaption

Pflanzen passen sich an verändernde Umweltbedingungen durch Verarbeitung von Stresssignalen an. Die laufende Forschung an diesen komplexen Übertragungsmechanismen lässt viele Fragen offen, z.B. wie die Verarbeitung dieser Stresssignale erfolgt. Zukünftige agrarwirtschaftliche Entwicklungen einer nachhaltigen Pflanzenproduktion benötigen Züchtungsmethoden mit verbesserter pflanzeneigener Abwehr gegenüber Schadorganismen und Verwendung neuer molekularbiologischer Marker. Mitogen-aktivierte Proteinkinasen (MAPK) sind essentielle Bestandteile der Signalübertragung in der Pflanze. MAPK werden nach Einwirkung von biotischen und abiotischen Stressstimuli durch Phosphorylierung modifiziert. PP2C Phosphatasen sind wichtige Regulatoren der Aktivitätssteuerung von MAPK. Jedoch ist noch nicht klar, welche Phosphatasen und mit welchen Mechanismen die Aktivität von MAPK kontrolliert werden. Dieses Projekt hat das Ziel, in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana jene PP2C zu charakterisieren, welche unter spezifischen Stressbedingungen MAPK steuern. Zu diesem Zweck werden Pflanzenlinien mit modifizierten PP2C Funktionen produziert und mit modernsten molekularbiologischen Methoden untersucht. Auf diese Weise werden neue Einblicke auf dem Gebiet der Stresssignaltransduktion durch die Einblicke in die Regulierung, Lokalisation und Interaktion beteiligter Komponenten gewonnen. Zusammengefasst fördert dieses Forschungsprojekt den Erkenntnissgewinn über die Signaltransduktionsmechanismen und die Plastizität, mit der sich Pflanzen an ständig wechselnde Umweltbedingungen anpassen.

Pflanzen kommunizieren aktiv mit ihrer Umwelt, indem Signale von außen rasch in die Pflanzenzelle weitergeleitet werden um spezifische Antworten hervorzurufen. Diese spezifischen Reaktionen sind ausschlaggebend für die Anpassung der Pflanze auf ändernde Umweltbedingungen. Die Modellpflanze Arabidopsis thaliana wurde für das Studium dieser Signalweiterleitung verwendet und wir zeigten, dass in der Transmission dieser Signale reversible Proteinphosphorylierung eine entscheidende Rolle spielt, vergleichbar mit den Signalwegen in Säugetieren. Enzyme aus der Klasse der Proteinphosphatasen erfüllen wichtige Aufgaben in der Steuerung dieser Prozesse und wir wiesen nach, dass bisher noch nicht charakterisierte Phosphatasen sowohl in der Umweltanpassung als auch in der zellulären Entwicklung verantwortlich sind. Bemerkenswert war die Entdeckung, dass unter normalen Wachstumsbedingungen verschiedene Proteinphosphatasen dieselben Signalwege kontrollieren. Es konnte gezeigt werden, dass bei gleichzeitiger Abwesenheit von zwei Phosphatasen die Pflanze mit Stresssignalen und abnormalen Wachstum unter Normalbedingungen reagiert. Eine weitere Entdeckung war die Identifizierung der Rolle einer Proteinphosphatase in der Entwicklung von Spaltöffnungszellen. Diese Zellen in der pflanzlichen Epidermis sind verantwortlich für den essentiellen Wasser-, Kohlendioxid und Sauerstoffaustausch und haben daher für die Balance unseres Ökosystems eine entscheidende Funktion. Unsere Ergebnisse vertiefen das Verständnis über die Mechanismen der zellulären Signaltransduktion und liefern die Basis für weitere Studien auch im angewandten Bereich bis hin zu Herstellung von Pflanzen mit effizienterer Verwertung von Kohlendioxid.