VERNETZUNG VON STRESSSIGNALING UND METABOLISMUS IN PFLANZEN

Pflanzen sind mit einer Vielzahl an Umweltstressen konfrontiert. Als sessile Lebewesen haben sie komplexe Signaltransduktionssysteme entwickelt, um die vielfältigen Umweltsignale wahrzunehmen und weiterzuleiten und um die physiologischen Antworten genauestens zu koordinieren. Obwohl die fortschreitenden globalen Veränderungen ein besseres Verständnis von Adaptationsprozessen erfordern, ist unser Wissen, wie die Signaltransduktion metabolische und transkriptionelle Anpassungen an Stressbedingungen regulativ koordiniert, nicht ausreichend. GSK-3/shaggy-like Kinasen (GSKs) treten als neue Regulatoren der pflanzlichen Stresssignaltransduktion hervor. Wir haben gezeigt, dass MsK4, eine GSK aus Medicago sativa, die Hochsalz- Signaltransduktion mit der Anpassung des Kohlenhydratmetabolismus verbindet. Unsere jüngsten Studien über Arabidopsis thaliana GSKs (ASKs) weisen auf eine Rolle von ASKalfa, gamma und epsilon in der Toleranz gegenüber abiotischen Stressen und in der Regulation des Metabolismus hin. Das eingereichte Projekt plant die ASK-basierende Signaltransduktion zu charakterisieren und deren Impakt auf den Metabolismus und die Genexpression unter abiotischen Stressbedingungen in einem umfassenden Ansatz zu analysieren. Um entscheidende Prozesse in der Stresssignaltransduktion und in der Adaptierung an Stressbedingungen aufzudecken beabsichtigen wir folgende Fragestellungen zu bearbeiten: (i) Wie werden ASKalfa, gamma und epsilon als Antwort auf Stress auf dem molekularen Niveau reguliert? und (ii) Wie steuern auf ASKalfa, gamma und epsilon basierende Signalwege die Stresstoleranz und die zeitliche Dynamik des Metabolismus und der Genexpression als Antwort auf ungünstige Umweltbedingungen? Wir werden einen integrativen, system- orientierten Ansatz mit Pflanzen, die erhöhte ASK Aktivität aufweisen, und Mutantenlinien, in denen eine spezifische ASK ausgeschaltet ist, anwenden. Wir streben physiologische Phänotypen der ASK-Aktivitätsmutanten mit metabolischen Profilen, die mit Gaschomatogaphie-Massenspektroskopie (GS-MS) ermittelt werden, mit Aktivitätslevels metabolischer Enzyme und mit Genexpressionsdaten zu korrelieren und erwarten dadurch wesentliche Mechanismen der ASK-basierenden Stresssignaltransduktion und der Adaptierung an Stressbedingungen aufzudecken.

Pflanzen sind mit einer Vielzahl an Umweltstressen konfrontiert. Als sessile Lebewesen haben sie komplexe Signaltransduktionssysteme entwickelt, um die vielfältigen Umweltsignale wahrzunehmen und weiterzuleiten und um die physiologischen Antworten genauestens zu koordinieren. Obwohl die fortschreitenden globalen Veränderungen ein besseres Verständnis von Adaptationsprozessen erfordern, ist unser Wissen, wie die Signaltransduktion metabolische und transkriptionelle Anpassungen an Stressbedingungen regulativ koordiniert, nicht ausreichend. GSK-3/shaggy-like Kinasen (GSKs) treten als neue Regulatoren der pflanzlichen Stresssignaltransduktion hervor. Wir haben gezeigt, dass MsK4, eine GSK aus Medicago sativa, die Hochsalz- Signaltransduktion mit der Anpassung des Kohlenhydratmetabolismus verbindet. Unsere jüngsten Studien über Arabidopsis thaliana GSKs (ASKs) weisen auf eine Rolle von ASKalfa, gamma und epsilon in der Toleranz gegenüber abiotischen Stressen und in der Regulation des Metabolismus hin. Das eingereichte Projekt plant die ASK-basierende Signaltransduktion zu charakterisieren und deren Impakt auf den Metabolismus und die Genexpression unter abiotischen Stressbedingungen in einem umfassenden Ansatz zu analysieren. Um entscheidende Prozesse in der Stresssignaltransduktion und in der Adaptierung an Stressbedingungen aufzudecken beabsichtigen wir folgende Fragestellungen zu bearbeiten: (i) Wie werden ASKalfa, gamma und epsilon als Antwort auf Stress auf dem molekularen Niveau reguliert? und (ii) Wie steuern auf ASKalfa, gamma und epsilon basierende Signalwege die Stresstoleranz und die zeitliche Dynamik des Metabolismus und der Genexpression als Antwort auf ungünstige Umweltbedingungen? Wir werden einen integrativen, system- orientierten Ansatz mit Pflanzen, die erhöhte ASK Aktivität aufweisen, und Mutantenlinien, in denen eine spezifische ASK ausgeschaltet ist, anwenden. Wir streben physiologische Phänotypen der ASK-Aktivitätsmutanten mit metabolischen Profilen, die mit Gaschomatogaphie-Massenspektroskopie (GS-MS) ermittelt werden, mit Aktivitätslevels metabolischer Enzyme und mit Genexpressionsdaten zu korrelieren und erwarten dadurch wesentliche Mechanismen der ASK-basierenden Stresssignaltransduktion und der Adaptierung an Stressbedingungen aufzudecken.