RNA-abhängige DNA methylierung in der Pflanzenentwicklung
Abstract
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.
Schlagworte Epigenetik Resistenz
Publikationen
Mitarbeiter*innen
Joseph Strauss
Univ.Prof. Mag.rer.nat. Dr.rer.nat. Joseph Strauss
joseph.strauss@boku.ac.at
Tel: +43 1 47654-94420
BOKU Projektleiter*in
01.04.2018 - 30.06.2021