Arabidopsis MAP-Kinase-Mutanten

Ein neues Forschungsgebiet der Biologie ist die funktionelle Genomforschung (functional genomics), das als eine Wachstumsbranche mit erheblichen Potential in der Medizin und Landwirtschaft angesehen wird. Wo sie in der Grundlagenforschung die globale Analyse der Genexpression und Genwirkung erlaubt, bietet sie in industrieller Anwendung neue Möglichkeiten bei der Entwicklung von Medikamenten und Agrochemikalien, sowie in der (Global-) Diagnose von Krankheiten. Die grundsätzliche Zielsetzung im gegenständlichen Antrag ist die Identifizierung von "knock-out" -Mutanten von MAP-Kinasegenen in Arabidopsis thaliana. MAP-Kinasen kommen bei allen Eukaryoten vor und sind von grundlegender regulatorischer Bedeutung bei der Signalübertragung während Entwicklungsprozessen und bei Reaktionen eines Organismus auf Veränderungen im Aussenmilieu. MAP- Kinasen werden bei allen Eukaryoten durch grosse Genfamilien kodiert.. Es wird eine Strategie vorgeschlagen, die auf der sogenannten "Genmaschine" beruht, einer genetischen Strategie, bei der grosse Sammlungen an Insertionsmutanten mit zufälligen Transposoninserten mittels PCR auf Insertionen des Transposons in den MAP-Kinasegenen getestet werden. Die komplette Ausschaltung (knock-out) von Genen ist eine Standardmethode in der Genetik für die Herstellung einer Assoziation zwischen Gen und Phänotyp. Für eine Aufhellung der "black box" zwischen Gen und Merkmal müssen aber Untersuchungen auf der strukturellen, der biochemischen und molekularbiologischen Ebene den reversgenetischen Ansatz ergänzen. Damit können viele der Probleme anderer Strategien, wie die der Antisense-Technologie, gelöst werden, da sie relativ rasch ist und vor allem das Problem der genetischen Redundanz zu überwinden gestattet, indem man mehrere Insertionsmutanten miteinander kreuzt. Diese Strategie wird noch durch eine Globalanalyse der MAP-Kinasegene (expression profiling) ergänzt. Ein DNA- oder Proteinchip mit allen MAP-Kinasen erlaubt es, die MAP-Kinasen zu identifizieren, die in einem bestimmten Gewebe exprimiert sind, und es können dann die MAPK- Insertionsmutanten gekreuzt werden, die zu einem Total-Knock-out von MAP-Kinasen in diesem Gewebe führen. In weiterer Sicht erlaubt dieser Ansatz auch die Integration anderer Komponenten von Signaltransduktionswegen, indem Mutanten in diesen Genen mit den MAPK-Mutanten gekreuzt werden und die resultierenden Doppelmutanten auf Additionsoder Epistasis-Effekte analysiert werden. Der vorliegende Antrag stellt somit einen erstmaligen Testfall für die funktionelle Analyse einer ganzen Genfamilie in einer höheren Pflanze dar, ein Hauptziel des "Multinational Coordinated Arabidopsis thaliana Genome Research Project".