Ein Mikrotubulimotor als Thermometer

Was war die Frage hinter dieser Arbeit? Der Klimawandel bedeutet nicht nur heiße und trockene Sommer, sondern auch, dass die Grenzen zwischen den Jahreszeiten immer mehr verschwimmen. Ein warmer März, gefolgt von einem frostigen April bedeuten oft große Verluste in Obst- und Weinbau. Wie können Pflanzen Kälte wahrnehmen und schnell darauf reagieren? In früheren Arbeiten haben wir einen sehr kuriosen Thermometer gefunden - ein Motorprotein, das in der Wärme an den Mikrotubuli entlangwandert. Wenn sich diese durch die Kälte auflösen, wandert dieser Motor jedoch in den Zellkern ein und bildet rätselhafte Strukturen aus (mehr...). Daher haben wir diesen Motor Dual Localisation Kinesin (DLK) getauft. Was bedeutet das merkwürdige Verhalten dieses Kinesins.

Wie sind wir die Frage angegangen? Wir haben einerseits Reismutanten untersucht, bei denen dieser Motor ausgefallen ist, um etwas über seine Funktion herauszufinden. Dann haben wir den Motor in Bakterien aufgereinigt, um herauszufinden, ob er an die DNS bindet und gezielt bestimmte Zielsequenzen erkennt. Dann haben wir den Motor in Tabakzellen überexprimiert und untersucht, wie sich das auf die Genexpression auswirkt.

Was kam heraus? Wenn der Motor mutiert ist, führt das zum Tod des Embryos, wenn eine Kopie vorhanden ist, überleben die Keimlinge jedoch für eine gewisse Zeit, zeigen aber ein eingeschränktes Wachstum. Ein genauerer Blick zeigte, dass die Antwort des Zellwachstums auf Auxin gestört ist, was mit der Rolle der Mikrotubuli für das pflanzliche Wachstum zusammenhängt. Die Suche nach Zielsequenzen auf der DNS führte zum Erfolg, es konnte ein spezifisches Erkennungsmotiv gefunden werden. Die Reaktion kälteinduzierter Gene in Tabak ändert sich nur unwesentlich, wenn man DLK überexprimiert. Es gibt jedoch eine Ausnahme: der Genschalter Cold Box Factor 4, der die Akklimation an Kältestress steuert, wird gebremst. Interessant ist nun, dass der Promotor dieses Genschalters das Erkennungsmotiv aufweist. Wir können also zeigen, dass sich DLK bei Kältestress von den Mikrotubuli ablöst, in den Zellkern einwandert und dort einen Genschalter verändert, dier für die Anpassung an Kältestress wichtig ist. Dieser Motor fungiert also als Thermometer der Pflanze, was natürlich spannende Anwendungsmöglichkeiten bietet, die wir nun erkunden wollen.

Veröffentlichung 180. Xu A, Hummel S, Harter K, Kolukisaoglu U, Riemann M, Nick P (2022) The Minus-End-Directed Kinesin OsDLK Shuttles to the Nucleus and Modulates the Expression of Cold Box Factor 4. Int J Mol Sci 23, 629 - pdf