Plasmodesmata as Symplasmic Pores for Plant Cell-to-Cell Communication
Während der Evolution der Vielzelligkeit differenzierten sich Zellen, um spezialisiert und voneinander abhängig zu werden. Vielzellige Organismen entwickelten Kanäle für den Austausch von Nährstoffen und die Kommunikation zwischen Zellen. Pflanzen entwickelten dabei einzigartig Plasmodesmen, komplexe Zell-Zell-Verbindungen, die die Zellwand durchqueren. Den Plasmodesmen werden Funktionen wie der selektive Transport von Signalen, Ionen, Metaboliten, RNAs und Proteinen zugeschrieben. Aufgrund technischer Herausforderungen bleiben Zusammensetzung, Struktur und Regulation der Plasmodesmen-Leitfähigkeit jedoch weitgehend rätselhaft. Genetische Ansätze zur Untersuchung von Plasmodesmen wurden durch Letalität oder Redundanz erschwert.Neue Technologien schaffen nun die Grundlage, um die Rolle der Plasmodesmen im Transport und in der Signalübertragung in einem interdisziplinären Ansatz aufzuklären. Wir werden Proximity-Labeling-Proteomik einsetzen, um die Zusammensetzung der Plasmodesmen zu bestimmen, sowie PAINT und Kryo-Elektronentomographie (cryoET), um Strukturen mit nahezu atomarer Auflösung zu erhalten. Modelle der Plasmodesmen werden sowohl mit Bottom-up- als auch mit Top-down-Ansätzen erstellt und mit quantitativen Messungen der Plasmodesmenaktivität kombiniert.Neue Biosensor-Methoden in Kombination mit Genom-Editing-basiertem Knock-down ermöglichen die Quantifizierung des Transports unterschiedlicher Frachtmoleküle. Single-Cell-Sequenzierung hilft bei der gezielten Auswahl von Mutanten und der Identifizierung spezifischer Subtypen.
Vier Labore bündeln hierfür ihre Expertise:
- herausragende Fachleute für Biophysik und KryoET (WB),
- fortgeschrittene Bildgebung und entwicklungsbiologische Signalgebung (RS),
- hochmoderne Proteomik und Lipidomik (WS) sowie
- Interaktomik, Transporterforschung und innovative Biosensor-Technologie (WF).
Gemeinsam werden wir schrittweise untersuchen:
1.die systematische und quantitative Identifizierung der Komponenten,
2.deren Lokalisation und Dynamik,
3.die Strukturen und molekularen Bausteine verschiedener Plasmodesmen-Typen sowie
4.die Mechanismen von Transport und Signalübertragung.
Wir erwarten bahnbrechende Entdeckungen und ein völlig neues Verständnis der Funktion und Evolution von Plasmodesmen. Da Plasmodesmen eine Schlüsselrolle bei der Nährstoffverteilung und der Ausbreitung von Viren spielen, legen wir mit diesem Projekt die Grundlage für neue biotechnologische Lösungen in der Landwirtschaft.
