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Forschung

Long non-coding RNAs, Transposons, und DNA Reparatur in Pflanzen

Pflanzen sind andauernd DNA-schädigender Strahlung und anderen physikalischen oder chemischen Stressoren ausgesetzt. Da sie sessil sind, können sie diesen Umwelteinflüssen nicht ausweichen. Da DNA Schäden wie strahleninduzierte Doppelstrangbrüche die Genomintegrität gefährden, haben Pflanzen hocheffiziente Mechanismen zur DNA-Reparatur evolviert. Die Induktion von Chromosomenbrüchen in Arabidopsis thaliana durch Röngenstrahlen bewirkt nicht nur die transkriptionelle Aktivierung von mehr als 1400 proteinkodierenden Genen, sondern auch die Aktivierung von langen nicht-codierenden RNAs (lncRNAs) (Wang et al., 2016), die häufig Transposons enthalten oder mit Transposonsequenzen überlappen. Etliche dieser lncRNAs, für die bisher keine Funktionen bekannt sind, werden durch DNA-Schädigung massiv hochreguliert, und diese Regulation ist abhängig von der Proteinkinase ATM (ataxia telangiectasia mutated), die ein DNA Doppelstrangbruchsensor ist. Dies könnte darauf hindeuten, dass die regulierten lncRNAs an der Regulation von DNA Reparaturprozessen beteiligt sind. Wir erforschen durch Mutantenanalysen und molekulargenetische Versuche die biologischen Funktionen der durch DNA Schäden induzierten lncRNAs.


Arabidopsis NRT1.5: Kaliumtransporter und Regulator des Kaliumhaushalts

Kalium (K) und Stickstoff - meist in Form von Nitrat (NO3-) - sind essentielle Makronährstoffe für alle Gefäßpflanzen. Kalium ist an vielfältigen zellulären Prozesses beteiligt und essentiell für Wachstum und Entwicklung. Nitrat ist die vorwiegende Stickstoffquelle für die meisten Pflanzen. Der Kaliumtransport von der Wurzel in den Spross und die K+-Homeostase im Spross beeinflussen das Nährstoffgleichgewicht, Wachstum und die Stresstoleranz der Pflanzen.

Zur Aufrechterhaltung des Kation/Anion-Gleichgewichts werden bei der Xylembeladung mit K+ in den Wurzeln gleichzeitig NO3- Anionen aufgenommen. Vor kurzem wurden Proteine identifiziert, die sowohl an der Aufnahme von NO3- als auch K+ beteiligt sind. Wie diese Faktoren miteinander wechselwirken ist aber noch unbekannt. Einer dieser Faktoren ist der bidirektionale NO3- Influx/Efflux Transporter NRT1.5. Dieses Protein ist auch an der Regulation der K+ Homeostase im Spross beteiligt, indem es abhängig von der NO3--Verfügbarkeit die Wurzel-zu-Spross Translokation von K+ kontrolliert (Drechsler et al., 2015). Daneben ist NRT1.5 unter Kaliummangel an der Lateralwurzelentwicklung beteiligt (Zheng et al., 2016). Wir studieren die molekularen Funktionen von NRT1.5 und sein Zusammenspiel mit anderen Komponenten des Stickstoff- und Kaliumhaushalts.

Priming der Verteidigung von Arabidopsis thaliana gegen Herbivore

Diese Arbeit ist ein Gemeinschaftsprojekt der R. Kunze und M. Hilker Arbeitsgruppen und Teil des Sonderforschungsbereichs SFB973 "Priming and Memory of Organismic Responses to Stress".

Wenn herbivore Insekten ihre Eier auf einem Blatt ablegen, werden einige Tage später die geschlüpften Larven dort zu fressen beginnen und die Pflanze schädigen.

Wenn Pflanzen die Eigelege von Herbivoren erkennen können, liefern ihnen diese einen zuverlässigen Warnhinweis auf bevorstehende Fraßschäden und geben ihnen damit die Chance, sich auf eine verstärkte Verteidigungsreaktion 'vorzubereiten'. Wir haben gefunden, dass Eigelege des Kohlweißlings (Pieris brassicae) auf Arabidopsis thaliana Blättern zu einer verstärkten Abwehrreaktion gegen die Larven führt, während andere Reize wie Kälte oder Pilzbefall keine derartige Reaktion auslösen (Firtzlaff et al., 2016). Wir untersuchen die chemische Identität und Charakteristika des Ei-assoziierten Stimulus, der Arabidopsis vor zukünftigen Fraßschäden warnt, die Funktion der Arabidopsis Gene, die ein verändertes Transkriptionsprofil in fraßgeschädigten Blättern mit oder ohne vorangegangenem Eibesatz zeigen, das molekulare 'Gedächtnis' der Pflanzen für vorangegangene Eiablage, und den Einfluss der Langlebigkeit von Pflanzen (einjährige / mehrjährige) auf die 'Primbarkeit' und die Persistenz des 'geprimten' Zustands.

Member of Dahlem Research School
Member of Dahlem Centre of Plant Sciences
Member of CRC 973