Long non-coding RNAs, Transposons, und DNA Reparatur in Pflanzen

Pflanzen sind andauernd DNA-schädigender Strahlung und anderen physikalischen oder chemischen Stressoren ausgesetzt. Da sie sessil sind, können sie diesen Umwelteinflüssen nicht ausweichen. Da DNA Schäden wie strahleninduzierte Doppelstrangbrüche die Genomintegrität gefährden, haben Pflanzen hocheffiziente Mechanismen zur DNA-Reparatur evolviert. Die Induktion von Chromosomenbrüchen in Arabidopsis thaliana durch Röngenstrahlen bewirkt nicht nur die transkriptionelle Aktivierung von mehr als 1400 proteinkodierenden Genen, sondern auch die Aktivierung von langen nicht-codierenden RNAs (lncRNAs) (Wang et al., 2016), die häufig Transposons enthalten oder mit Transposonsequenzen überlappen. Etliche dieser lncRNAs, für die bisher keine Funktionen bekannt sind, werden durch DNA-Schädigung massiv hochreguliert, und diese Regulation ist abhängig von der Proteinkinase ATM (ataxia telangiectasia mutated), die ein DNA Doppelstrangbruchsensor ist. Dies könnte darauf hindeuten, dass die regulierten lncRNAs an der Regulation von DNA Reparaturprozessen beteiligt sind. Wir erforschen durch Mutantenanalysen und molekulargenetische Versuche die biologischen Funktionen der durch DNA Schäden induzierten lncRNAs.

Priming der Verteidigung von Arabidopsis thaliana gegen Herbivore

Diese Arbeit ist ein Gemeinschaftsprojekt der R. Kunze und M. Hilker Arbeitsgruppen und Teil des Sonderforschungsbereichs SFB973 "Priming and Memory of Organismic Responses to Stress".

Wenn herbivore Insekten ihre Eier auf einem Blatt ablegen, werden einige Tage später die geschlüpften Larven dort zu fressen beginnen und die Pflanze schädigen.

Wenn Pflanzen die Eigelege von Herbivoren erkennen können, liefern ihnen diese einen zuverlässigen Warnhinweis auf bevorstehende Fraßschäden und geben ihnen damit die Chance, sich auf eine verstärkte Verteidigungsreaktion 'vorzubereiten'. Wir haben gefunden, dass Eigelege des Kohlweißlings (Pieris brassicae) auf Arabidopsis thaliana Blättern zu einer verstärkten Abwehrreaktion gegen die Larven führt, während andere Reize wie Kälte oder Pilzbefall keine derartige Reaktion auslösen (Firtzlaff et al., 2016). Wir untersuchen die chemische Identität und Charakteristika des Ei-assoziierten Stimulus, der Arabidopsis vor zukünftigen Fraßschäden warnt, die Funktion der Arabidopsis Gene, die ein verändertes Transkriptionsprofil in fraßgeschädigten Blättern mit oder ohne vorangegangenem Eibesatz zeigen, das molekulare 'Gedächtnis' der Pflanzen für vorangegangene Eiablage, und den Einfluss der Langlebigkeit von Pflanzen (einjährige / mehrjährige) auf die 'Primbarkeit' und die Persistenz des 'geprimten' Zustands.