NEU: Ein exotischer Mikrotubulimotor fungiert als Thermometer für den Kältestress
Das von uns entdeckte Dual Localisation Kinesin (DLK) ist ein Mikrotubulimotor, den es nur bei Landpflanzen gibt. Eigentlich ein Kinesin, also ein Motor, der zum wachsenden Plusende der Mikrotubuli fährt, ist DLK ein Geisterfahrer und bewegt sich in Gegenrichtung. Gewöhnlich sitzt es an den corticalen Mikrotubuli unterhalb der Zellmembran. Wenn es kalt wird, lösen sich die Mikrotubuli auf und DLK wandert in den Zellkern, wo es dann als Transkriptionsfaktor wirkt und die Expression von Cold Box Factor 4 steuert, der wiederum Gene der Kälteanpassung reguliert. Was dieses exotische Thermometer tut und wofür das gut ist, ist noch ein Rätsel, das wir nun lösen wollen, weil man damit Pflanzen gegen späte Frühjahrsfröste, wie sie infolge des Klimawandels immer häufiger werden, wappnen kann.
Die Entdeckung von DLK: Xu et al. 2018 Natur Scientific Reports
Die Entdeckung, dass DLK im Zellkern als Genschalter funktioniert: Xu et al. 2022 International Journal of Molecular Science
Zellskelett als Signalwandler
Worum geht es bei dieser Forschung?
Das Zellskelett der Tiere vermittelt Bewegung, Form und Teilung, hat also vor allem strukturelle Funktionen. Bei Pflanzen wird die Zellform durch die Zellwand gehalten und Zellbewegungen kommen nicht vor. Daher hat das Zellskelett neue Funktionen übernommen, zum Beispiel für die Verarbeitung von Signalen. Wir denken daher, dass es für die „Grammatik der Stress-Signale“ wichtig ist.
Wie ist diese Idee entstanden?
Um das Zellskelett in flagranti untersuchen zu können, erzeugten wir Reispflanzen und Reben, bei denen bestimmte Komponenten des Zellskeletts über fluoreszierenden Quallenproteinen markiert sind. So können zusehen, wie Zellen Signalen erkennen. Beispielsweise stellt sich heraus, dass die Mikrotubuli als Thermometer fungieren und Kälteresistenz steuern können. Actinfilamente in den Spaltöffnungen scheinen dagegen an der Erkennung von angreifenden Mikroben mitzuwirken und erzeugen ein Signal, das die benachbarten Zellen warnt.
Was ist unsere Vision?
Das Zellskelett als dynamisches Werkzeug bietet viele Möglichkeiten, Pflanzen auf subtile Weise gezielt zu verändern - sei es über neuartige Wirkstoffe, sei es über Züchtung, sei es über physikalische Verfahren (sogenanntes priming). Das Potential für eine nachhaltige Landwirtschaft ist noch nicht einmal ansatzweise ausgeschöpft. Da es hier um Signale geht und Signale ihre Spezifität aus dem Zusammenhang beziehen, kann man hier auch sehr spezifisch vorgehen und damit die Seiteneffekte auf andere Organismen gering halten.
Einzelprojekte
- Mikrotubuli als Thermometer
- Mikrotubuli und Stressantwort. mehr...
- Actinfilamente als Sensoren für Pathogenangriff