Germany
October 23, 2018
Plant researchers at the Max Planck Institute of Molecular Plant Physiology, at Universität Hamburg, and the John Innes Centre received a “Synergy Grant” of the European Research Council (ERC)
Objective of the € 6.1 million research project “Plant Mobile RNAs: Function, Transport and Features“, shortly PLAMORF, is the long-distance transport of distinct communication molecules in plant vascular bundles. The Synergy Grant is awarded to excellent junior scientists or, as in this case, established researchers with outstanding achievements. The funds will be awarded to teams of two to four scientists with promising new questions from all scientific disciplines. The research groups around Dr. habil. Friedrich Kragler of the Max Planck Institute for Molecular Plant Physiology in Golm, Prof. Dr. Julia Kehr from Universität Hamburg and Prof. Dr. Richard Morris from the John Innes Centre in the UK, complement their expertise in the areas of cell biology/macromolecular transport, structural biology, mathematical modeling/bioinformatics in an exceptional manner.
In contrast to animals and humans, plants have neither a nervous system nor blood circulation. Nevertheless, nutrients, information and signals are transported within the plant. The long-distance transport of nutrients is taking place in the vascular bundles, which are located in the stem or in the trunk in case of trees. A distinction is made between the xylem, a woody vascular tissue, which serves the transport of water and inorganic salts and provides support function, and the phloem, in which – as it has long been known – photoassimilates such as sugar and nutrients are distributed in the plant. In addition, other small molecules with signaling function, such as hormones and various types of ribonucleic acids (RNA), as well as RNA-binding proteins (RBPs) are transported in the phloem. RNA acts not only in the conversion of genetic information into proteins, but special small RNAs are also directly involved in gene regulation. So far, little is known about how these RNA molecules are taken up into the phloem and released again at their destination. It is unclear how RNA transport is regulated and whether mobility between cells and tissues is specific or unspecific. To answer these questions and to clarify how RNAs reach their target tissue and what’s their destiny and function in the receiving cell types, are the objectives of the research project PLAMORF.
"In a first work package (WP1), the task of the research groups will be to identify mobile RNAs in the phloem and in single cells of grafted plants, to capture the motif that triggers the transport of the mobile RNAs and to analyze their signal function under phosphate and sulfate nutritional stress", explains Dr. Kragler the range of tasks. "In a second work package (WP2), we will be dealing with the identification and characterization of cellular factors that interact with mobile RNAs," adds Prof. Julia Kehr to the description of the workflow of the 6-years research project. Overall, in both work packages, scientists will apply new approaches and techniques that enable the creation of single-cell transcriptome profiles. This means, all genes of a single cell transcribed from DNA into RNA – thus the totality of all RNA molecules produced in a cell – will be detected to verify the presence of RNAs from distant tissues.
"In analogy to electronic data processing, we will develop mathematical models for the long-distance transport of communication molecules in plants," explains Prof. Morris. "In both work packages, integrating the cell biology of active genes with protein and RNA structures within the framework of information theory will be an indispensable component of success," he says, describing the strategy of the research team.
In addition to the scientific work, the team has planned a series of activities to bring the research topic to the public's attention. Main target groups of such communication activities are pupils, the general public, plant breeders, agriculture, politicians and, of course, other scientists.
http://www.mpimp-golm.mpg.de/2252827/synergygrant2018
https://erc.europa.eu/news/erc-2018-synergy-grants-results
Mehr als 6 Millionen Euro zur Erforschung der internen Kommunikation bei Pflanzen
Pflanzenforscher des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie in Golm, der Universität Hamburg und des John Innes Centre in Großbritannien erhalten Synergy Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC)
Gegenstand des mit 6,1 Millionen Euro geförderten Forschungsvorhabens „Plant Mobile RNAs: Function, Transport and Features“, kurz PLAMORF, ist der in den Leitbündeln von Pflanzen stattfindende Langstreckentransport bestimmter Kommunikationsmoleküle. Gefördert über einen Synergy Grant des ERC werden exzellente Nachwuchswissenschaftler/innen bzw., wie in diesem Fall, etablierte Forschende mit herausragenden Leistungen. Die Gelder werden an Teams von zwei bis vier Wissenschaftler/innen mit vielversprechenden neuen Fragestellungen aus allen wissenschaftlichen Disziplinen vergeben. Mit den Forschungsgruppen um Dr. habil. Friedrich Kragler vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Golm, Prof. Dr. Julia Kehr von der Universität Hamburg und Prof. Dr. Richard Morris vom John Innes Centre in Großbritannien, ergänzen sich die Expertise in den Bereichen Zellbiologie/Makromolekularer Transport, Strukturbiologie, Mathematische Modellierung/Bioinformatik auf hervorragende Weise.
Pflanzen besitzen im Unterschied zu Tieren und Menschen weder Nervensystem noch Blutkreislauf. Trotzdem werden Nährstoffe, Informationen und Signale innerhalb der Pflanze transportiert. Der Ferntransport von Nährstoffen erfolgt über die Leitbündel, die sich im Stängel bzw. bei Bäumen im Stamm befinden. Man unterscheidet zwischen dem Xylem, einem holzigen Leitgewebe, das dem Transport von Wasser und anorganischen Salzen dient und auch Stützfunktionen übernimmt und dem Phloem, in dem – wie man seit langem weiß – Photoassimilate wie Zucker und Nährstoffe in der Pflanze verteilt werden. Darüber hinaus werden aber auch andere kleine Moleküle mit Signalfunktion, wie Hormone und verschiedene Typen von Ribonucleinsäuren (RNA), sowie RNA-bindende Proteine (RBPs) im Phloem transportiert. RNA dient nicht nur vor allem der Umsetzung von genetischer Information in Proteine, sondern spezielle kleine RNAs sind auch direkt an der Genregulation beteiligt. Bisher ist noch wenig darüber bekannt, wie diese RNA-Moleküle in das Phloem aufgenommen und am Bestimmungsort wieder abgegeben werden. Es ist unklar, wie der RNA-Transport reguliert wird und ob Mobilität zwischen Zellen und Geweben spezifisch oder unspezifisch ist. Antwort auf diese Fragen und auch die Klärung darüber, wie RNAs ihr Zielgewebe erreichen und was ihr Schicksal und ihre Funktion in den empfangenden Zelltypen ist, sind Gegenstand des Forschungsvorhabens PLAMORF.
„Aufgabe der Forschungsgruppen wird es in einem ersten Arbeitspaket (WP1) sein mobile RNAs im Phloem und in Einzelzellen gepfropfter Pflanzen zu identifizieren, das Motiv zu erfassen, das den Transport von den mobilen RNAs auslöst und ihre Signalfunktion unter Phosphat- und Sulfat Ernährungsstress zu untersuchen“, erläutert Dr. Kragler das Aufgabenspektrum. „In einem zweiten Arbeitspaket (WP2) werden wir uns mit der Identifikation und Charakterisierung von zellulären Faktoren beschäftigen, die mit den mobilen RNAs interagieren“, ergänzt Prof. Julia Kehr die Beschreibung des Arbeitsablaufs des über 6 Jahre laufenden Forschungsvorhabens. Insgesamt werden die Wissenschaftler in beiden Arbeitspaketen neue Ansätze und Techniken anwenden, die es ermöglichen Einzelzell-Transkriptom-Profile zu erstellen, d.h. alle in einer Zelle von der DNA in RNA umgeschriebene Gene – also die Gesamtheit aller in einer Zelle hergestellten RNA-Moleküle – zu erfassen und die Anwesenheit von RNAs aus weit entfernten Geweben nachzuweisen.
„Wir werden, in Analogie zur elektronischen Datenverarbeitung, mathematische Modelle für den Langstreckentransport von Kommunikationsmolekülen in Pflanzen entwickeln“ erklärt Prof. Morris.
„In beiden WPs wird daher die Integration der Zellbiologie der aktiven Gene mit Protein- und RNA-Strukturen im Rahmen der Informationstheorie ein unverzichtbarer Bestandteil für den Erfolg“, beschreibt er die Strategie des Wissenschaftlerteams.
Geplant hat das Team neben der wissenschaftlichen Arbeit eine Reihe von Aktivitäten, um das Forschungsthema in den Fokus der Öffentlichkeit zu bringen. Hauptzielgruppen solcher Kommunikationsmaßnahmen sind Schülerinnen und Schüler, die allgemeine Öffentlichkeit, Pflanzenzüchter, Landwirtschaft, Politiker und selbstverständlich andere Wissenschaftler/innen.
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