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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2017-02-01 - 2019-01-31

Bei Wirt-Pathogen-Interaktionen, wie z. B. der Interaktion einer Pflanze und einem Pilz, haben beide Teilnehmer effiziente Strategien entwickelt, um entweder den Wirt zu besiedeln (Pilz) oder den Pathogen abzuwehren (Pflanze). Wichtige Voraussetzung hierfür ist eine schnelle Anpassung an die wechselnden Umweltbedingungen, z.B. durch die Aktivierung Virulenz-/Resistenz-assoziierter Gene. Die Genaktivität wird unter anderem reguliert durch epigenetische Mechanismen, wie z.B die posttranskriptionelle Modifikation von Histonen (HPTM). Abhängig von der jeweiligen HPTM werden die darunterliegenden Gene an- oder ausgeschaltet. HPTMs stellen somit eine effiziente Möglichkeit dar, schnell auf neue Umweltreize zu reagieren. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt mit dem Titel „Epigenetischer Ansatz zur Entdeckung neuer Virulenzfaktoren“ macht sich diese Tatsache zu Nutze. Durch den Vergleich von Pilzmutanten mit einem veränderten HPTM Profil und zugleich einer veränderten Virulenz, sollen neue Virulenzfaktoren identifiziert werden. Für diesen Ansatz wird die noch wenig erforschte Interaktion zwischen dem Pathogen Fusarium fujikuroi und seiner Wirtspflanze Reis (Oryza sativa L.) als Modelsystem herangezogen. F. fujikuroi ist verantwortlich für die bakanae Krankheit („Krankheit der verrückten Keimlinge“) und verursacht so regelmäßig hohe Ernteverluste. Symptome der bakanae Krankheit sind bleiche, spindeldürre und stark elongierte Internodien der Reispflanzen, bedingt durch die Produktion von den Pflanzenhormonen, den Gibberellinen. Diese stellen Virulenzfaktoren dar, welche während der Infektion vom Pilz sekretiert werden und so den Hormonhaushalt der Pflanze durcheinander bringen. Neben den Gibberellinen verfügt F. fujikuroi über das genetische Potenzial für die Produktion von mindestens 46 weiteren Naturstoffen, von denen einige zu dessen Virulenz beitragen könnten. Durch die Verwendung von epigenetischen Mutanten sollen Mechanismen aufgeklärt werden, die für die erfolgreiche F. fujikuroi-O. sativa Interaktion wichtig sind. Genomweite Genexpressionsanalysen von hypo-/hypervirulenten Mutanten im Vergleich zum Wildtyp sollen Gene identifizieren, welche bedingt durch die Mutation unterschiedlich reguliert werden. Einige der differentiell regulierten Gene stehen mit hoher Wahrscheinlichkeit mit der veränderten Virulenz in Zusammenhang und unterstützen so die Identifizierung neuer Virulenzfaktoren. Mithilfe der Chromatinim-munopräzipitation, durch welche die Menge einer bestimmten HPTM an ausgewählten Genen bestimmt werden kann, werden Einblicke in die epigenetischen Abläufe während der Infektion gewonnen. Basierend auf den erzielten Ergebnissen wird eine Auswahl an Genen getroffen, welche differentiell reguliert sind und idealerweise auch mit der jeweiligen HPTM korrelieren. Diese werden im Anschluss detailliert funktional charakterisiert, um ihren direkten Einfluss auf die Virulenz des Pilzes zu evaluieren. Dieses Projekt wird somit neue Erkenntnisse bezüglich der epigenetischen Regulation während der Pathogen-Wirtspflanze-Interaktion liefern.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2016-12-01 - 2020-11-30

Pflanzen nehmen Wasser und Nährstoffe für uns zumeist im verborgen mit ihren Wurzeln auf. Dabei gibt es Pflanzenarten, die diese Wurzeln sehr tief in die Erde treiben um an tiefe Wasserreserven zu kommen. Andere Pflanzen hingegen bevorzugen ein eher radiales Wurzelnetzwerk welches nur wenige Zentimeter Tiefe erlangt. Mit ihren Wurzelsystemen haben sich Pflanzen also auf sehr diverse Umgebungen spezialisiert. Dies ist ein wichtiger Grund warum nicht jede Pflanzenart in jeder beliebigen Umgebung gedeiht und warum zum Beispiel trockenstress unterschiedlich toleriert wird. Die Ausprägung des Wurzelsystems rückt immer stärker in den Fokus der Wissenschaft, da ein angepasstes Wurzelsystem die Produktivität vieler Nutzpflanzen nachweisbar steigern könnte. Unsere Arbeiten beschäftigen sich mit der Fragestellung wie Pflanzen ihre Wurzeln entweder in die Tiefe oder radial ausbilden. Sehr bald nach der Keimung richtet sich Pflanzenwachstums nach der Schwerkraft, wobei die Hauptwurzel zumeist positive gravitropisch „nach unten“ wächst. Laterale Wurzeln scheinen positiv gravitropisches Wachstum zu unterdrücken und zeigen eine komplexere gravitropische Antwort, welche die radiale Ausdehnung des Wurzelsystems (Plagiotropismus) überhaupt ermöglicht. Trotz seiner herausragenden Bedeutung für die Wurzel-Architektur, ist es weitgehend unbekannt, wie die radiale Wurzelausbildung reguliert wird. Wir haben natürlich vorkommende Arabidopsis Ökotypen (Arabidopsis Pflanzen aus unterschiedlichen geographischen Ursprung) untersucht, um die Bedeutung des Lateralwurzelgravitropismus für Lebensraumanpassung zu studieren. Neben der Studie der natürlichen Variation von Wurzelsystemen, ermöglichen diese Linien eine genomweite Assoziationsstudie (GWAS). Diese Analysen haben neue molekulare Komponenten identifiziert welche für das Wurzelsystem eine zentrale Rolle spielen. Mittels der FWF Unterstützung wird ein Genkandidat mit entwicklungsgenetischen, physiologischen und zellbiologischen Verfahren untersucht. Diese Arbeiten werden einen Einblick liefern wie verschiedene Pflanzenhormone zusammen die Wurzelarchitektur ausprägen und damit Pflanzen an ihre Umgebung anpassen.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2016-07-01 - 2019-06-30

Die Entwicklung von Zellverbänden, Zellgewebe und verschiedenen bzw. identen Zelltypen ist von der progressiven Veränderung der Genexpressionen abhängig. Das Getreideendosperm ist ein komplexes Gewebe, bestehend aus unterschiedlichen Zelltypen. Die Endosomal Sorting Complex Required for Transport (ESCRT) Maschinerie besteht aus den vier Untereinheiten 0, I, II und III und ist für die Endozytose von Membranproteinen verantwortlich. Die ESCRT-Proteine sind stark konserviert und in vielen zellulären Prozessen involviert. Wissenschaftliche Arbeiten zeigen, dass ESCRT-III in der Entwicklung von Maiskörnern notwendig ist. Vor kurzem haben wir alle ESCRT-III Proteine in Gerste (Hordeum vulgare) annotiert und gezeigt, dass ESCRT-III Proteine während der Samenentwicklung exprimiert werden. Weiteres konnten wir aufzeigen, dass ein ESCRT-III Protein in den verschiedenen Zellbereichen im Endosperm in unterschiedlichen Prozessen involviert ist. Dies weist darauf hin, dass ein Protein im Samenkorn unterschiedliche Funktion haben kann – abhängig vom Zellenbereich den man beobachtet. Dieses unterschiedliche „räumlich - zeitliche“ Verhalten konnten wir bereits für das Endomembransystem im Endosperm von Gerste zeigen, wo die gravierendste morphologische Veränderung zwischen 8 und 12 Tagen nach der Befruchtung beobachtet werden konnte. Dieses Projekt hat zum Ziel hoch spezifische Daten, betreffend das zellspezifische ESCRT-III Transkriptom und Proteom, im sich entwickelnden Gerste Endosperm zu generieren. Wir werden das Leica® Lasermikrodissektion Mikroskop (AS-LMD) verwenden, um räumlich-zeitliche Proben für das Quantifizieren der Genexpression und Identifizieren der Proteine zu gewinnen. Das AS-LMD wird ebenfalls für die subzelluläre Probennahme zum Analysieren des ESCRT-III Proteoms mittel LC-MS verwendet. Die quantitative Proteomik beinhaltet weiteres die räumlich-zeitliches Analyse von ESCRT-III regulierenden intrazellulären Transportprozessen im Gerste Endosperm. Innerhalb dieses Projektes werden wir mehrere, unterschiedliche Verfahren anwenden, um die Expressionsprofile in spezifischen Zellen gemeinsam mit zell-spezifischen Proteomikdaten studieren zu können: Lebendmikroskopie und RNA-Analyse gemeinsam mit Proteinstudien werden Informationen in Bezug auf den interagierenden ESCRT-III Komplex und der ESCRT-III regulierenden Transportsysteme auf zellulärer Ebene liefern.

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