Neue Regulatoren der Auxin Homöostase

Das Pflanzenhormon Auxin hat herausragende Bedeutung für die Regulierung von asymmetrischem Wachstum, welches letztlich die Pflanzenarchitektur steuert. Definierte Auxin Minima und Maxima regulieren wichtige Entwicklungsprozesse wie etwa postembryonale Organbildung oder tropistisches Wachstum. Im letzten Jahrzehnt hat die Erforschung des Auxin Metabolismus und der gerichtete Zell-zu-Zell Auxintransport enorme Aufmerksamkeit erhalten, weil diese Prozesse die zellulären Auxin Konzentrationen maßgeblich beeinflussen. In den letzten Jahren konnte gezeigt werden, dass Auxin Kompartmentalisierung in der Zelle die Auxinantwort und den Metabolismus beeinflusst. Unser Labor hat eine neuartige Proteinfamilie entdeckt und diese sogenannten PILS Proteine scheinen den intrazellulären Auxintransport am Endoplasmatischen Retikulum (ER) zu regulieren. Diese potentiellen Auxintransporter stimulieren zelluläre Auxin Akkumulierung am ER, reduzieren die transkriptionale Auxinantwort und induzieren verstärkte Auxinkonjugation (Inaktivierung von Auxin). Es ist momentan jedoch nicht bekannt wie die PILS Aktivität Auxin-Homöostase und die Signalwirkung beeinflusst. Um weitere unerwartete Erkenntnisse zu erlangen werden wir pharmakologische und genetische Techniken kombinieren. Mittels eines "forward-genetic" und "forward-chemical" Screens werden haben wir Mutanten und Chemikalien ermitteln die entweder die PILS Wirkung verstärken oder abschwächen. Dieses FWF Einzelprojekt wird uns ermöglichen die identifizierten Mutanten und Chemikalien zu charakterisieren und deren molekulare Mechanismen zu identifizieren. Die Kombination der identifizierten Mutanten und Chemikalien wird es uns ermöglichen diese funktional in Gruppen einzuteilen. Wir erwarten dass uns diese Forschung wichtige und unerwartete Einblicke in zelluläre Auxin-Homöostase liefern wird. Das Wirkungsspektrum von Chemikalien kann man relativ schnell erfassen und diese werden uns daher einen guten Überblick verschaffen, welche molekularen Vorgänge PILS Proteine und damit zelluläre Auxin Homöostase beeinflussen. Diese Erkenntnisse werden wir auch nutzen um die identifizierten Mutanten zu charakterisieren. Die Identifizierung der zugrunde liegenden Gene wird es uns erlauben die Molekularen zusammenhänge zu studieren. Diese Forschungsarbeiten werden wichtige mechanistische Einsichten in zelluläre Auxin Homöostase liefern.

Pflanzen sind überaus wichtig für unsere Ernährung und dennoch wissen wir noch recht wenig über ihre Entwicklung. Ähnlich wie bei Tieren wird das pflanzliche Wachstum von spezifischen Pflanzenhormonen bestimmt. Auxin ist ein überaus wichtiges Wachstumshormon und ist maßgeblich an der Entwicklung von Pflanzen beteiligt. Der Auxinrezeptor befindet sich im Kern und reguliert dort die Genaktivität. Es gibt aber Mechanismen die Auxine in der Zelle Kompartmentalisieren. Unsere Arbeitsgruppe hat putative Auxintransporter gefunden, welche Auxin vermutlich in das sogenannte Endoplasmatische Retikulum (ER) transportieren. Diese PILS Proteine dienen der Zelle dazu die Auxinkonzentration im Kern zu erniedrigen und somit zelluläre Auxinantworten zu inhibieren. In diesem Projekt wollten wir mehr über diesen Wachstumsmechanismus erfahren und haben daher Mutanten gesucht die PILS- abhängiges Wachstum beeinflussen. Einige dieser Mutanten konnten wir bereits charakterisieren und haben damit wichtige neue Erkenntnisse über das Pflanzenwachstum erhalten. Zum einen konnten wir zeigen, dass ein anderes Pflanzenhormone Brassionosteroid die Transkription von PILS Genen reguliert und damit auch die Auxinantwort beeinflussen kann. Zum anderen haben wir Regulatoren gefunden die den Proteinabbau von PILS Proteinen kontrolliert. Hierbei handelt es sich um eine Ubiquitin-Ligase. Ubiquitinierte Proteine werden von der Zelle erkannt und können damit selektiv abgebaut werden. Die identifizierte Ubiquitin-Ligase lokalisiert nahe dem Kern am ER und könnte dort den Abbau von PILS Proteinen einleiten um mehr Auxin in den Kern diffundieren zu lassen. Wir haben noch eine Vielzahl an weiteren Mutanten und werden diese in den nächsten Jahren weiter charakterisieren. Unsere Arbeite führen zu einem besseren Verständnis von PILS-abhängiger Steuerung von Pflanzenwachstum. Unsere Arbeiten könnten in Zukunft auch dazu führen pflanzliches Wachstum zellgenau zu beeinflussen.