Funktionelle Charakterisierung eines S-Adenosylmethionin-abhängigen Methylierungsweges bei der männlichen Fertilität von Pflanzen (SAMPEp)

01.11.2026 bis 31.10.2029

Die Befruchtung bei Blütenpflanzen hängt vom Pollenschlauch ab, der die männlichen Gameten zur Eizelle transportiert. Wir und andere Forscher haben gezeigt, dass das gerichtete Pollenschlauchwachstum die Aktivität eines speziellen S-Adenosyl-L-Methionin-abhängigen Methylierungsweges (SAM) erfordert. Da es die Methyltransferase (MTase) ist, die die pollenspezifische Aktivität dieses Stoffwechselwegs bestimmt, werden wir die SAM-MTase PLOUTOS (PLOU) verwenden, um ihre Methylierungsziele durch Identifizierung von Interaktionspartnern zu bestimmen und funktionell zu charakterisieren. Mehrere Hinweise deuten darauf hin, dass die PLOU-MTase-Aktivität nicht nukleär ist, sondern vielmehr membrangebundene Proteine, insbesondere Rezeptorkinasen, beeinflusst.
Bemerkenswerterweise führt der Verlust der DNA-Demethylase DEMETER zu derselben männlichen Sterilität und denselben Defekten beim Pollenschlauchwachstum wie bei Mutanten im Pollen-SAM-Stoffwechselweg. Unter den Genen, die für ihre Expression im Pollen eine aktive DNA-Demethylierung benötigen, scheint PLOU der Hauptfaktor für die männliche Fruchtbarkeit zu sein. Tatsächlich ist PLOU während des somatischen Wachstums stark methyliert und stark reprimiert. Obwohl diese Eigenschaft bei einer großen Mehrheit der A. thaliana-Akzessionen konserviert ist, haben wir eine Akzession identifiziert, die einen vollständigen Verlust der DNA-Methylierung über den Locus hinweg aufweist. Bemerkenswerterweise hat ein dme-Mutante in diesem Hintergrund keinen Einfluss auf die männliche Fruchtbarkeit, was mit unserer Beobachtung übereinstimmt, dass die DME-Expression in Pollen bei dieser Akzession im Vergleich zum Standard Col-0 drastisch reduziert ist. Somit hängt die Notwendigkeit einer aktiven DNA-Demethylierung mit dem DNA-Methylierungsstatus von PLOU zusammen. Hier werden wir die kontrastierenden Epi-Allele nutzen, um zu entschlüsseln, wie sich diese (Epi-)Allele in einer segregierenden Population verhalten, die aus einer Kreuzung zwischen beiden Akzessionen stammt, z. B. ob ein (Epi-)Allel gegenüber einem anderen selektiert wird und wie dies mit der jeweiligen DME-Variante zusammenhängt. Darüber hinaus wollen wir DNA-methylierungssensitive Transkriptionsfaktoren identifizieren, die für die Aktivierung von PLOU im Pollen verantwortlich sind.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses Projekt einen bisher unbeschriebenen Signalweg der männlichen Fruchtbarkeit charakterisieren und dessen molekularen Mechanismus entschlüsseln wird, der für eine ordnungsgemäße Funktion der Pollenschläuche und den Fortpflanzungserfolg erforderlich ist, sowie dessen ausgeprägte epigenetische Regulation, die miteinander in Verbindung zu stehen scheinen.