SPP 1710 - Teilprojekt: Kontrolle von Samenkeimung durch mitochondrielle Thiol-Schalter

Grunddaten zu diesem Projekt

Beschreibung

Samen sind unsere Hauptnahrungsquelle. Aus Perspektive der Pflanze erlauben Samen Verbreitung über weite Distanzen und gewähren Schutz vor widrigen Umwelteinflüssen, wie Kälte oder Trockenheit. Die bemerkenswerte Fähigkeit von Samen einen voll ausgebildeten Embryo in einem trockenen Ruhezustand zu bewahren, um dessen rasche Re-Aktivierung einzuleiten, wenn die Bedingungen günstig sind, ist einzigartig und kommt so nur in höheren Pflanzen vor. Für die Keimung greift der Embryo auf gespeicherte Energiereserven zurück. Deren schnelle Mobilisierung zur Produktion des ATPs, das die Zellen für eine effiziente Keimung benötigen, bedarf der Mitochondrien. Während der mitochondrielle Metabolismus während des Ruhezustands weitestgehend inaktiv sein muss um die gespeicherten Resourcen zu schonen, leitet die Aktivierung der Keimung durch Imbibition einen abrupten Kickstart ein. Als Teil dieses Weckrufs werden innerhalb kurzer Zeit zahlreiche Thiol-Schalter auf Proteinen betätigt, und die Keimungseffizienz hängt entscheident von der mitochondriellen Glutathion- und Thioredoxin-Maschinerie ab. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens versuchen wir die Spezifität und regulatorische Signifikanz verschiedener mitochondrieller Thiol-Schalter in der Kontrolle und der Unterstützung der Keimung von Arabidopsis thaliana aufzuklären. Ein eigens etabliertes in situ Sensing-System für subzelluläre Redox- und Energiephysiologie in intakten Samen, Embryonen und gereinigten Mitochondrien soll es ermöglichen den raschen Umschlag im Thiol-Redox-Status und in dessen Interaktion mit der zellulären Energiephysiologie zu verfolgen. Auf dieser Grundlage sollen mittels quantitativer Thiol-Redoxproteomics die Identitäten und Spezifitäten individueller Thiol-Schalter aufgeklärt werden, die unter den endogenen thermodynamischen und kinetischen Bedingungen betätigt werden. Die regulatorische Bedeutung und Spezifität einzelner Schalter soll mittels gezielter Cystein-Mutagenese, Modellierung von Interaktionen in silico, sowie respiratorischer, metabolischer und proteinbiochemischer Analysen untersucht werden. Die Bedeutung mitochondrieller Thiol-Schalter für die Samenvitalität und Keimungskontrolle soll in Bezug auf Samendormanz und -alterung geklärt werden. Damit soll dieses Vorhaben die Bedeutung des Schaltens mitochondrieller Thiole als möglichen frühen Mechanismus der Keimungskontrolle erhellen.