Phytohormone sind chemische Botenstoffe, die das Wachstum von Pflanzen und ihre Reaktion auf die Umwelt regulieren. Bei Landpflanzen ist Auxin ein wichtiges und gut untersuchtes Phytohormon, das verschiedene Aspekte der Pflanzenentwicklung beeinflusst.
Der wichtigste Zellrezeptor, der die Auxin-Signalisierungsmaschinerie in Landpflanzen reguliert – Transportinhibitor-Antwort 1/Auxin-Signalisierungs-F-Box (TIR1/AFB) – fehlt jedoch in Algen. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass ein TIR1/AFB-unabhängiger Auxin-Signalmechanismus an der Regulierung der Genexpression und des Wachstums in Algen beteiligt sein könnte. Über die zugrunde liegenden Mechanismen des Auxin-Signalwegs und seinen Zweck in Algen ist jedoch nicht viel bekannt.
Um diese Wissenslücke zu schließen, führte ein Team von Wissenschaftlern der School of Life Science and Technology am Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) in Japan eine Studie über die Alge namens Klebsormidium nitens durch. Sie wählten diese Art aus zwei Hauptgründen: Frühere Studien haben gezeigt, dass sie Indol-3-Essigsäure (IAA) produziert, eine Art von Auxin, die häufig in Landpflanzen vorkommt, und dass die äußere Anwendung von Auxin die Zellproliferation in K. nitens stoppt, was darauf hindeutet dass diese Art über primitive Auxin-Signalmechanismen verfügen könnte. Die Studie wurde von Assistenzprofessor Koichi Hori geleitet und in veröffentlicht Wissenschaftliche Berichte.
Zu diesem Zweck führte das Team eine Reihe von Experimenten an K. nitens durch, darunter Genexpressionsprofile, RNA-Sequenzanalysen und DNA-Bindungstests. Darüber hinaus führten sie auch Gene für verschiedene Transkriptionsfaktoren ein, die möglicherweise mit der IAA-Signalübertragung von K. nitens in Zusammenhang stehen, in Nicotiana benthamiana, einen gut untersuchten Modellorganismus in der Pflanzenwissenschaft mit etablierten Analysewerkzeugen in der wissenschaftlichen Literatur.
Die Experimente ergaben, dass das RY-Motiv in den Promotorsequenzen von Auxin-induzierbaren Genen in K. nitens angereichert war. Sie identifizierten außerdem mehrere cis-regulatorische Elemente und Transkriptionsfaktoren, die auf das Vorhandensein von IAA reagierten. Am wichtigsten ist, dass sie KnRAV – einen Transkriptionsfaktor – als Schlüsselakteur in den Auxin-Signalmechanismen von K. nitens identifizierten.
„Die Ergebnisse zeigten, dass KnRAV mehrere Auxin-induzierbare Gene aktiviert und direkt an den Promotor von KnLBD1 bindet, einem repräsentativen Auxin-induzierbaren Gen. Somit könnte KnRAV das Potenzial haben, die Auxin-responsive Genexpression in K. nitens zu regulieren“, erklärt Dr. Hori.
Insgesamt haben die Forscher die Feinheiten der Auxin-Signalübertragung in Algen durch zahlreiche Experimente an K. nitens aufgeklärt. Dr. Hori erklärt die möglichen langfristigen wichtigen Auswirkungen dieser Ergebnisse wie folgt: „Die Ergebnisse liefern neue Einblicke in die Regulierung der IAA-induzierbaren Genexpression in K. nitens. Darüber hinaus verbessern die vorliegenden Ergebnisse nicht nur das Verständnis der Auxin-Signalisierung.“ in dieser Alge, liefern aber auch Hinweise, um die Entwicklung der Auxin-Signalmaschinerie in vielen anderen photosynthetischen Organismen zu erkennen.“
Mehr Informationen:
Noriaki Tounosu et al., Cis-regulatorische Elemente und Transkriptionsfaktoren im Zusammenhang mit der Auxinsignalisierung in der Streptophytenalge Klebsormidium nitens, Wissenschaftliche Berichte (2023). DOI: 10.1038/s41598-023-36500-x