Regulation von putativen PILS Auxin Transportproteine

Auxin ist ein sehr wichtiger pflanzlicher Botenstoff der es erlaubt die Pflanzenarchitektur der Umgebung anzupassen. Es haben sich eine Vielzahl von Regulationsebenen Entwickelt, welche die zelluläre Auxin- Homöostase sichern. Die Auxin Verteilung hängt im wesentlichen vom Metabolismus (Biosynthese, Konjugation und Abbau) und vom Auxin Transport ab. Einige Auxin Transporter sind uns bereits bekannt, wobei die PIN Proteine einen besonderen Stellenwert erlangt haben, da sie für den gerichteten Auxin Transport zwischen Zellen verantwortlich sind. Die polare Verteilung der PIN Proteine innerhalb einer Plasmamembrandomäne bestimmt dabei die Richtung des zellulären Exports. Wir haben mutmaßliche Auxin Transporter entdeckt, die der vorhergesagten Topologie der PIN Proteine ähneln. Diese PILS Proteine lokalisieren am Endoplasmatischen Retikulum und bestimmen die zelluläre Sensitivität für exogenes Auxin. PILS Proteine regulieren zelluläre Auxin Akkumulierung, beeinflussen Auxin Konjugation und haben einen negativen Effekt auf Auxin Perzeption. Dieses Forschungsprojekt wird sich speziell mit Phosphorylierung von PILS Proteinen beschäftigen. Stellvertretend werden wir uns hier mit PILS2 Proteine beschäftigen. Unsere bisherigen Daten zeigen dass PILS2 an bestimmten Serin Resten phosphoryliert wird. Mittels gezielter Mutationen möchten wir ermitteln ob diese Phosphorylierungen PILS2 in der Funktionalität bestimmt. Hierbei werden wir aufklären ob PILS2 Phosphorylierung die subzelluläre Lokalisierung, Protein Stabilität oder die mutmaßliche Auxin Transporter Funktion beeinflusst. Unsere Arbeit wird nicht nur weitere Erkenntnisse liefern ob PILS Proteine Funktionale Auxin Transporter sind, sondern werden auch herausarbeiten wie PILS Aktivität durch Phosphorylierung modifiziert werden kann.

Das Pflanzenhormon Auxin spielt eine zentrale Rolle bei der Regulation von Pflanzenwachstum. Wir haben erst kürzlich die intrazelluläre Kompartimentierung von Auxin erkannt und fangen an zu verstehen wie diese die Auxin-Wahrnehmung beeinflusst. PILS intrazelluläre Auxin-Carrier transportieren Auxin aus dem Cytosol in das sogenannte endoplasmatische Retikulum, ein feines Netzwerk von Membranen das die gesamte Zelle durchspannt. Die PILS Wirkung reduziert somit die Diffusion von Auxin in den Kern, wo sich sein Rezeptor TIR1 befindet, und inhibiert damit die Auxin Antwort. Dementsprechend beeinflusst die PILS-Aktivität die Auxin Wahrnehmung und damit die Wachstumsrate der Pflanze (Barbez et al., 2012; Feraru et al., 2012; Barbez et al., 2013; Beziat et al., 2017). Proteinaktivität wird oft durch kleine Modifikationen, wie die Zugabe eines Phosphats, moduliert. Diese Phosphorylierung findet man auch sehr häufig bei Transporter was zu Aktivitätsveränderungen führen kann. Hier haben wir uns mit einigen solcher Modifikationen in den PILS-Proteinen beschäftigt. Unsere Daten zeigen, dass der Blaulichtrezeptor PHOT1 die PILS-Proteine phosphorylieren kann. Des Weiteren zeigen wir, dass PILS-Proteine das Auxin-abhängige Lichtwachstum negativ beeinflussen (Phototropismus). Dementsprechend nehmen wir an, dass die PHOT1-abhängige Phosphorylierung von PILS-Proteinen intrazelluläre Auxin-Transportprozesse beeinflusst. Ein solcher Mechanismus ermöglicht es, dass die Lichtwahrnehmung die zelluläre Sensitivität gegenüber Auxin schnell beeinflusst und dadurch Wachstumsraten bestimmt.Wir haben auch eine Gruppe von Kinasen identifiziert, die biotische und abiotische Stressreaktionen ausführen. Die sogenannten MAP-Kinasen sind auch in der Lage, PILS-Proteine an spezifischen Stellen zu phosphorylieren, und wir nehmen an, dass diese Modifikation die Auxin-abhängigen Wachstumsraten unter Stressbedingungen beeinflusst. In einem ähnlichen Ansatz haben wir auch noch völlig unbeschriebene Kinasen identifiziert, und es wird sehr spannend sein zu sehen, wie diese PILS abhängiges Pflanzenwachstum beeinflussen. Unsere Grundlagenforschung führt zu einem besseren Verständnis wie Pflanzenwachstum auf molekularer Ebene reguliert wird. Unsere Forschungsergebnisse könnten in Zukunft auch dazu genutzt werden um Nutzpflanzen gezielt zu modifizieren.