Molekulare Zellbiologie der Pflanzen

Prof. Dr. Wolfgang Frank

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Wolfgang Frank

E.02.001

Forschung

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Molekulare Mechanismen der Anpassung an abiotischen Stress

Pflanzen sind sesshafte Organismen, die sich nicht vor widrigen Umweltbedingungen retten können. Um ihr Überleben in der Natur zu sichern, haben sie daher spezifische Mechanismen entwickelt, die ihnen eine Anpassung an Stress ermöglichen. Wir untersuchen diese Mechanismen auf molekularer Ebene, um die genetischen, biochemischen und physiologischen Prozesse aufzudecken, die der hohen Toleranz von Moosen gegenüber abiotischem Stress zugrunde liegen. Wir konzentrieren uns auf die Identifizierung von Genen, die eine wesentliche Rolle beim Erwerb von Stresstoleranz spielen. Diese Proteine sind Mitglieder bestimmter stressassoziierter Signalwege oder üben ihre Funktion bei der Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase aus.

Biogenese und Funktion von nicht-kodierenden RNAs

Proteinkodierende Gene machen nur einen geringen Teil des Genoms aus. Allerdings wird fast das gesamte Genom in RNA transkribiert, was darauf hindeutet, dass die überwiegende Mehrheit der Transkripte zu verschiedenen Klassen von nicht-kodierenden RNAs gehört. Wir konzentrieren uns auf die Biogenesewege kleiner nicht-kodierender RNAs (sRNAs) und ihre Funktion bei der Steuerung der Genexpression. Sie fungieren als wichtige Regulatoren der Genexpression in vielen grundlegenden biologischen Prozessen, indem sie die Expression ihrer Zielgene auf transkriptioneller und posttranskriptioneller Ebene steuern (RNA-Interferenz, RNAi). Wir interessieren uns auch für die Evolution verschiedener sRNA-Klassen und ihrer zugehörigen regulatorischen Netzwerke. Das Wissen über die Biogenese und Funktion von sRNA kann darüber hinaus für biotechnologische Anwendungen genutzt werden.

Methoden und Ansätze

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Wir verwenden das Laubmoos Physcomitrium patens und das Lebermoos Marchantia polymorpha als Modellorganismen. Wir konzentrieren uns auf die Erzeugung gezielter Genmutanten mithilfe homologer Rekombinationsansätze sowie CRISPR/Cas-vermittelter Mutagenese. Wir wenden molekularbiologische Techniken wie RNAseq sowie physiologische und biochemische Techniken an, um die regulatorische Funktion nicht-kodierender RNA sowie die die Mechanismen der Stressadaptation auf molekularer Ebene zu verstehen.

Schlüsselpublikationen

Csicsely, E., Oberender, A., Georgiadou, A.-S., Alz, J., Kiel, S., Gutsche, N., Zachgo, S., Grünert, J., Klingl, A., Top, O., and Frank W. (2025) Identification and characterization of DICER-LIKE genes and their roles in Marchantia polymorpha development and salt stress response. The Plant J. 121, e17236, doi:10.1111/tpj.17236

Arif, M.A., Top, O., Csicsely, E., Lichtenstern, M., Beheshti, H., Adjabi K., and Frank, W. (2022) DICER-LIKE1a autoregulation based on intronic microRNA processing is required for stress adaptation in Physcomitrium patens. The Plant J. 109(1), 227-240 | doi:10.1111/TPJ.15570

Habermann, K., Tiwari, B., Krantz, M., Adler, S. O., Klipp, E., Arif, M. A. and Frank, W. (2020). Identification of small non-coding RNAs responsive to GUN1 and GUN5 related retrograde signals in Arabidopsis thaliana. Plant J. 104, 135-155 |doi: 10.1111/tpj.14912.

Khraiwesh, B., Arif, M.A., Seumel, G.I., Ossowski, S., Weigel, D., Reski, R., Frank, W. (2010) Transcriptional control of gene expression by microRNAs. Cell 140, 111-122.

Qudeimat, E., Faltusz, A.M.C., Wheeler, G., Lang, D., Brownlee, C., Reski, R., Frank, W. (2008) A PIIB-type Ca2+-ATPase is essential for stress adaptation in Physcomitrella patens. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105, 19555-19560.