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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2018-04-01 - 2020-05-31

Pflanzliche Entwicklung ist sehr flexibel – dadurch, dass Pflanzen unwirtlichen Bedingungen nicht ausweichen können, müssen sie ihre Form und ihren Stoffwechsel an ihre Umgebung anpassen, mit einer spektakulären Ausprägung: der post-embryonalen Organogenese. Abhängig von ihren Bedürfnissen, bilden unterschiedliche Individuen ihre Organe an unterschiedlichen Stellen aus, wofür es ein robustes System zum Reprogrammieren und Sichern der Identität der involvierten Zellverbände benötigt. Pflanzenhormone, wie zum Beispiel Auxin, spielen eine wichtige Rolle bei der Initiierung und Positionsbestimmung des Reprogrammierungsprozesses. Neben Hormonen oder externen Reizen kann auch die physische Beschaffenheit der kodierenden DNA, vor allem die Methylierung von Cytosinen, in hohem Maße ihren „on/off“ Status, Expressionsraten oder die Reaktion auf diverse Stimuli beeinträchtigen. Daraus ergibt sich die Fragestellung, ob Pflanzenhormone, zumindest teilweise, die Genexpression über den Methylierungsgrad der entsprechenden Gene beeinflussen können, oder im Gegenteil, ob die Methylierung der DNA den Wirkungsgrad von Hormonen bestimmen kann. Um diese wichtigen Fragen beantworten zu können, steht uns mit einer kürzlich entdeckten Mutation ein ausgezeichnetes Werkzeug zur Verfügung, bei der ein einzelner Aminosäurenaustausch in einer Untereinheit (NRPE5) des DNA-Polymerasekomplexes Pol V zu einer anomalen hormongesteuerten Entwicklung wie auch veränderten DNA-Methylierung führt. An diesen Mutanten werden wir die globale Genexpression und, parallel dazu, den detaillierten Methylierungsgrad der Gene mittels „Next Generation Sequencing“ (NGS) analysieren. Diese Mutante (genannt „freak show“, fks) zeigt eine Reihe von einzigartigen und auffälligen Phänotypen, deren Charakterisierung und Zuordnung zu den verursachenden Genomabschnitten es uns ermöglichen wird, die methylierungsabhängigen Entwicklungsprozesse genauer zu beschreiben. Durch die Kombination von fks mit Mutationen an unterschiedlichen Abschnitten im Prozess der DNA-Methylierung können wir die weitere Rolle von NRPE5 bei der Methylierung und Aufrechterhaltung von methylierten DNA-Abschnitten analysieren. Der Vergleich von fks mit anderen NRPE5 Allelen lässt vermuten, dass es sich bei dieser Mutation nicht um eine Inaktivierung, sondern um eine Veränderung der Funktion des Pol V Komplexes handelt. Ob diese Veränderung von einer anomalen Selektivität, Spezifität, Affinität, Effizienz, der Verwendung einer anderen Untereinheit oder ähnlichem beruht, stellt eine weitere interessante Frage dar, die wir mit unterschiedlichen biochemischen Methoden beantworten wollen – Assays zur Analyse von Proteinwechselwirkungen mit anderen Polymerase-Untereinheiten werden erste Aufschlüsse bieten. Die Charakterisierung des nrpe5fks Allels und dessen Nutzung in der weiteren Forschung wird uns völlig neuartige Informationen zum mechanistischen Verständnis über die Funktion und Hormonabhängigkeit von Pol V sowie ihrer Beteiligung an DNA-Methylierung in höheren Pflanzen liefern. The proposed research will be conducted at IST Austria, led by Jiří Friml and BOKU Vienna, in the group of Joseph Strauss.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2017-11-01 - 2020-10-31

Plants undergo several developmental transitions in the course of their life cycle, marked by specific morphological changes such as altered leaf morphology, the formation of leaf hairs (trichomes) and the onset of flowering. Mutants in the putative O-GlcNAc transferase SPINDLY show an accelerated transition from the juvenile to the adult phase, as well as early flowering, but a potential connection between O-GlcNAcyltaion and phase change has not been adressed as yet. O-GlcNAcylation is a common posttranslational modification, where a single N-acetyl-β-D glucosamine (GlcNAc) is O-linked to side chains of serine- or threonine residues in nuclear and cytoplasmic proteins. The targets and molecular function of O-GlcNAcylation in plants are not well characterized. In animals, this modification serves an important signalling role in a range of different cellular processes, often in response to stress and nutrients. As the availability of the donor molecule UDP-GlcNAc reflects the overall state of nutrition within cells, it has been suggested that O-GlcNAcylation may integrate information on stress and nutrients to basic cellular processes on a global level. On the other hand, the timing of developmental transitions in plants is regulated by the amount of available sugar accumulating during plant growth. This process is mediated by balancing the ratio between miRNA156 and miRNA172, therefore regulating the downstream miRNA156 target genes, a family of SPL-transcription factors. Given the observed early transition phenotypes in spy-mutants, this project aims to investigate a potential role of SPY in developmental transitions, focusing on the juvenile to adult phase change and the regulation of flowering time. Levels of miRNA156 and its target genes in spy-mutant backgrounds will be analysed, and genetic analysis will be performed to establish the interaction of SPY and the SPL transcription factors. These experiments will establish if SPY regulates developmental transitions via the miRNA156 pathway and/or SPL transcription factors.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2017-09-01 - 2020-08-31

Fungal-plant interactions constitute fine-tuned interplays where each of the participating organisms has evolved efficient strategies to win over the other. To establish a successful infection of a plant host the invading fungal pathogen has to quickly respond and adapt to numerous plant defence mechanisms. This implies a coordinated expression of metabolic and virulence-associated genes, and there is compelling evidence that part of the communication between both interacting organisms is regulated at the level of chromatin. In this project, we strive to unravel chromatin-based mechanisms that govern adequate transcriptomic responses during the host-pathogen interaction using the notorious plant pathogen Fusarium graminearum and wheat (Triticum aestivum) as pathosystem. We have previously identified and characterised a heterochromatin-deficient mutant (Δhep1) that exhibited a hypervirulent phenotype. While most strains deficient for a specific chromatin regulator exhibit a hypo- or avirulent phenotype, deletion of the heterochromatin protein 1-encoding gene (hep1), exhibited a hypervirulence of F. graminearum towards its plant host wheat (J. Strauss and colleagues, unpublished data). This phenotype provides a unique advantage in terms of in planta analyses.

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