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    Lehrstuhl für Botanik I - Pflanzenphysiologie und Biophysik

    Regulation von Ionenkanälen durch Defensin-ähnliche Proteine

    Die Spermazellen höherer Pflanzen sind unbeweglich und müssen für eine erfolgreiche Befruchtung mittels Pollenschlauch zum weiblichen Gametophyten transportiert werden. Kleine, Cystein-reiche Proteine - sogenannte Defensine – spielen bei der ’Anlockung’ des Pollenschlauchs eine wichtige Rolle. In Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Thomas Dresselhaus (Universität Regensburg) haben wir gezeigt, dass der Mais Kaliumkanal KZM1 eine Zielstruktur des des Defensin-ähnlichen (DEFL) Proteins ZmES4 (Zea mays embryo sac 4) darstellt.

    Im aktuellen Projekt wollen wir den molekularen Mechanismus dieser Interaktion über Struktur-/Funktionsanalysen klären. Vor dem Hintergrund der Spezifität dieser Wechselwirkung wollen wir die Domänen und Aminosäurereste im KZM1 Kanal identifizieren, welche für die Bindung von ZmES4 essentiell sind. Da die Fortpflanzung bei Angiospermen ein hohes Maß an Zell-Zell-Kommunikation erfordert untersuchen wir  weiterhin, ob die Interaktion zwischen einem DEFL Protein und einem Ionenkanal ein allgemeines Prinzip in höheren Pflanzen für das Öffnen des Pollenschlauchs und das Entlassen der Spermazellen darstellt. Am Tabak (Nicotiana tabacum) als experimentelles System, wollen wir die Signale zu identifizieren, welche über eine große Distanz (im Griffel) und über eine kurze Distanz (in der Samenanlage) eine Rolle spielen und herausfinden, wie die Kommunikation zwischen Eizelle und Pollenschlauch funktioniert. Im Speziellen interessiert uns die Calciumsignalweiterleitung innerhalb von wachsenden Pollenschläuchen als Antwort auf DEFL Peptide, die für das gezielte Wachstum des Pollenschlauches hin zur Eizelle verantwortlich sind. Dabei werden molekularbiologische Methoden, wie RNA-, DNA-Isolation, RNA-Seq und (q)PCR angewendet, aber auch elektrophysiologische Methoden, wie MIFE (Micro Electrode Ion Flux Estimation) und bildgebende Analysen von Pollenschläuchen, unter Verwendung verschiedener Fluoreszenz-basierte Reporterkonstrukte.

    Aufbau einer Tabakblüte
    Aufbau einer Tabakblüte (links) und freigelegter Griffel (Mitte) sowie Annilinblau-Färbung wachsender Pollenschläuche im Griffel.
    (Grafik: K. von Meyer, Universität Würzburg 2017)
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