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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2021-01-01 - 2024-12-31

Rationale and significance Plants, being sessile organisms, have evolved a plethora of mechanisms to be able to respond quickly and accurately to their surroundings. The plasma membrane (PM), which forms the boundary between the extracellular environment and cellular constituents, is densely packed with a vast array of proteins involved in the sensing and transmitting of stimuli as well as transport processes. The regulation of protein abundance and localization at membranes is achieved by trafficking via the endomembrane system. The TOL (TOM1-like) proteins are responsible for initiating a pathway of guiding ubiquitinated PM proteins to the vacuole for their degradation, functioning as ubiquitin receptors in the early steps of the ESCRT (Endosomal Sorting Complex Required for Transport) pathway in plants [1-3]. Nevertheless, the precise function of the individual TOLs as well as how the TOL homologs and other ubiquitin adaptors are coordinated remains undescribed. There are apparent redundancies within the nine TOL family members, as single knock out plant lines show no obvious phenotype, while a higher order mutant exhibits severe pleiotropic defects. Another higher order TOL mutant, lacking apparent phenotypes under standard conditions, is hypersensitive to the plant hormone abscisic acid (ABA) (section 2.4), signifying that TOLs function discretely in separate pathways. Indications that TOLs perform specific, individual functions comes from their distinct C-terminal domains, their diverse expression patters as well as their different subcellular localization [1-4](section 2.1) and a distinctive sensitivity to drugs disrupting endosomal trafficking (section 2.3). TOLs additionally seem to be subjected to dynamic rearrangements, not only upon certain environmental stresses [1] (section 2.2), but also upon alterations in their post translational modifications [3]. We also observed re-localization of cytoplasmic TOLs to the PM in higher order mutants (section 2.1). In this project, we want to assess how the individual TOLs proteins function in the regulation of the abundance of PM proteins. This is signified by observations, indicating that next to a general role in the endosomal degradation pathway, individual TOLs may exhibit a more discriminating role in distinct signaling pathways, allowing them to fine-tune responses of plants to their ever-changing surroundings.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-01-01 - 2023-12-31

Die Zellwandsensorik und ihre Rückkopplung auf intrazelluläre Prozesse sind entscheidend für die Koordination der Zellausdehnung. Über diese integrativen Mechanismen in Pflanzen ist trotz ihrer grundlegenden Bedeutung derzeit nur sehr wenig bekannt. Unsere Arbeit wird grundlegende Einblicke in die Integration von FER-abhängigem Wachstum liefern und kann Mechanismen aufdecken, die es uns ermöglichen, das Pflanzenwachstum und/oder die Immunantwort gewebespezifisch zu gestalten.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2019-12-01 - 2022-11-30

Die Expansion der Vakuolen spielt eine zentrale Rolle bei der Regulierung der Zellgröße in Pflanzen. Diese Organellen ermöglichen es Pflanzenzellen, ihr Volumen schnell zu vervielfachen, ohne dass eine massive de novo Synthese von cytosolischen Komponenten erforderlich ist. Mein Ziel ist es, molekulare Komponenten zu identifizieren und zu charakterisieren, die an der Regulierung des vesikuklären Transportweges in Richtung der Vakuole während der Ausdehnung der Zelle beteiligt sind, zu untersuchen. ZAC ist ein ADP-Ribosylierungsfaktor-GTPase-aktivierendes Protein, das eine Rolle beim ARF-abhängigen vesikulären Transportweges spielt. Ein Teil meines vorgeschlagenen Projekts ist es daher, zu untersuchen, ob ZAC direkt an der Regulierung der Vakuolengröße und anschließend an der Zellexpandierung beteiligt ist. Ich werde ZAC-Mutanten und Linien mit stark erhöhter Menge an ZAC Protein für die 3D-Rekonstruktion von Pflanzenvakuolen verwenden, um den Einfluss von ZAC auf die Tonoplastenoberfläche und den gesamten Anteil der Zelle, der von der Vakuole ausgefüllt wird, zu quantifizieren. Ich werde auch den endozytischen Transportweg zur Vakuole vor und während der Zelldehnung in diesen Linien untersuchen. Um zu untersuchen, ob und wie ZAC an der Auxin Antwort beteiligt ist, werde ich neben der Häufigkeit und Lokalisierung von ZAC-GFP nach Behandlung mit Auxin quantifizieren. Diese Experimente werden die mögliche Beteiligung von ZAC an der Regulierung des Membran Transportweges während der Zelldehnung präzisieren. Ich beabsichtige auch, zusätzliche Effektoren zu identifizieren und zu charakterisieren, die die Form und Funktion der Vakuolen regulieren. Ich werde vakuolär assoziierte Proteine identifizieren, deren Transkription abhängig vom Pflanzenbotenstoff Auxin sind. Das ultimative Ziel wird es sein, den mechanistischen Beitrag der jeweiligen Kandidaten zu Veränderungen der Größe der Vakuolen und der anschließenden Wurzelwachstumsregulation zu entschlüsseln. Insgesamt wird diese Arbeit sehr wahrscheinlich neue Komponenten aufdecken, die an der Vakuolenmorphogenese und der Kontrolle des Wurzelwachstums beteiligt sind. Dementsprechend könnte meine Arbeit molekulare Schalter aufdecken, die die Geschwindigkeit des vesikulären Transportweges in Richtung der Vakuole steuern und die Ausdehnung der Zellen in Pflanzen definieren.

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