Gerste Endosperm: Stressreaktion von Endomembranen und ESCRT

Trockenheit, Hitze, Salz und niedrige Temperatur (abiotischer Stress) sind die bekanntesten Stressfaktoren, die das Pflanzenwachstum beeinflussen können. Sie sind verantwortlich für die Reduzierung der Anbauproduktivität weltweit. Da abiotischer Stress spezifisch auf das Samenkorn wirkt, ist die Produktivität des Getreideanbaus ebenfalls negativ beeinflusst. Hitze, Trockenheit und Salz induzieren unterschiedliche Effekte auf zellulärer Ebene. Neben den beeinflussten biochemischen Signalwegen, ist das Endomembransystem durch Stresseinwirkung gestört: es kommt zum Abschnüren von Vakuolmembranen und veränderten Vesikeltransporten. Die Endosomal Sorting Complex Required for Transport (ESCRT) Maschinerie besteht aus den vier Untereinheiten 0, I, II und III und ist für die Endozytose von Plasmamembranproteinen verantwortlich. ESCRT-III ist sowohl in der Entwicklung von Maiskörnern als auch für den Vesikeltransport nach Salzstress notwendig. Vor kurzem haben wir alle ESCRT-III Proteine in Gerste annotiert und gezeigt, dass diese während der Samenentwicklung exprimiert werden. Weiters konnten wir aufzeigen, dass ein ESCRT-III Protein in den verschiedenen Zellbereichen im Endosperm in unterschiedlichen Prozessen involviert ist. Dies weist darauf hin, dass ein Protein im Samenkorn unterschiedliche Funktion haben kann je nachdem welchen Zellenbereich man beobachtet. Dieses unterschiedliche räumlich - zeitliche Verhalten konnten wir bereits für das Endomembransystem im Endosperm von Gerste zeigen, wo die gravierendste morphologische Veränderung zwischen 8 und 12 Tagen nach der Befruchtung beobachtet werden konnte. Innerhalb dieses Projekts wird die Reaktion des Endomembransystem und des ESCRT-III Komplexes im Endosperm (Gerste) auf Hitze, Trockenheit, Hitze kombiniert mit Trockenheit und auf Salz untersucht. Subzellulär wird die Endozytose untersucht. Im Zuge dessen wird die Reaktion des Endomembransystems in transgenen Pflanzen auf Stress untersucht, die einerseits ein spezifisches, mit einem Fluorophor fusioniertes Protein exprimieren und deren Lokalisation mittels Lebendmikroskopie studiert werden kann. Andererseits werden diese besagten Proteine experimentell herunterreguliert, weswegen eine veränderte Reaktion des Endomembransystems zu erwarten ist. Als Markerproteine werden hierbei Vertreter für Endozytose, ESCRT-III und ESCRT- III interagierende Proteine verwendet. Einen speziellen Fokus bekommt die räumlich - zeitliche Transkription- und Proteinanalyse, wo Expressionsdaten von spezifischen Zellen mittels Laserdissection Mikroskopie nach ausgesetztem Stress gewonnen werden kann. Dieses multidiziplinäre Projekt, wo räumlich - zeitliche Lebendmikroskopie mit zellspezifischen Expression- und Proteindaten kombiniert wird, ist ein Grundstein für weitere Studien zur genetischen Optimierung von Getreidepflanzen in Reaktion auf Stress.