Dissecting the Role of TOL3,6 and 9 in Endosomal Trafficking Pathways in Arabidopsis thaliana

Wie Pflanzen ihre Zelllogistik meistern: Neue Einblicke in Transportwege in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana Jede lebende Zelle ist auf ein präzise koordiniertes Transportsystem angewiesen, um ihre vielfältigen Funktionen aufrechtzuerhalten. Dieses intrazelluläre Transportsystem stellt sicher, dass die richtigen Proteine zur richtigen Zeit am richtigen Ort ankommen und entscheidet darüber, welche Moleküle wohin gelangen und wann beschädigte oder nicht mehr benötigte Komponenten abgebaut werden. In Pflanzenzellen ist dieses Logistiksystem besonders vielseitig. Es beeinflusst nicht nur grundlegende Prozesse wie Zellwachstum und Zellteilung, sondern ermöglicht auch die rasche Anpassung an wechselnde Umweltbedingungen wie Trockenstress, Kälte oder Schädlingsbefall. Trotz ihrer fundamentalen Bedeutung sind viele Details dieser zellulären Transportwege nach wie vor nur unvollständig verstanden. Im Mittelpunkt dieses Forschungsprojekts stehen sogenannte TOL-Proteine (TARGET OF MYB1-LIKE), die in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana wichtige Aufgaben in der Organisation der zellulären Transportwege erfüllen. Bisher wurde angenommen, dass diese Proteine hauptsächlich an der Sortierung von zum Abbau bestimmten Membranproteinen in Richtung Vakuole beteiligt sind. Neuere Erkenntnisse zeigen jedoch, dass bestimmte TOL-Proteine, insbesondere TOL3, TOL6 und TOL9, deutlich vielseitiger sind. Pflanzen, denen diese drei Proteine fehlen, zeigen nicht nur Störungen im Transport zur lytischen Vakuole, sondern auch Defekte in der Weiterleitung zu Speicherorganellen, in der Sekretion und im Abbau beschädigter Zellbestandteile durch Autophagie. Ziel dieses Projekts ist es, die individuellen Funktionen dieser TOL-Proteine im Detail zu untersuchen und zu klären, welche Rolle sie in den verschiedenen Transportwegen spielen. Besonderes Augenmerk gilt dabei TOL3, dessen zelluläre Verteilung, Interaktionspartner und funktionelle Domänen erforscht werden. Zum Einsatz kommen dafür modernste Methoden aus der Genetik, Biochemie und Bildgebung. Mikroskopische Verfahren ermöglichen die genaue Lokalisierung der Proteine sowie die Analyse ihrer Wechselwirkungen mit bekannten Transportkomplexen. Genetische Kreuzungen und pharmakologische Behandlungen helfen dabei, die jeweiligen Beiträge der TOL-Proteine zu spezifischen Transportwegen besser zu verstehen. Dieses Projekt beleuchtet grundlegende Mechanismen der zellulären Logistik in Pflanzen, die bislang kaum erforscht sind. Die Erkenntnisse können langfristig genutzt werden, um das zelluläre Transportnetzwerk gezielt zu beeinflussen, mit möglichen Anwendungen in der Pflanzenzucht, etwa zur Verbesserung von Stresstoleranz und Ertrag.