Frühe Determinanten der Differenzierung von Heterozysten in Multizellulären Cyanobakterien

•  Prof Dr Rolf Backofen Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Informatik, Lehrstuhl für Bioinformatik.
• Prof Dr Wolfgang Hess Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Biologie III.

© SPP2389

Bestimmte mehrzellige Cyanobakterien entwickeln Trichome, in denen Zellen durch Zell-Zell-Adhäsion verbunden sind und über gated junctions kommunizieren. Diese Cyanobakterien differenzieren bis zu vier verschiedene Zelltypen und die Trichome reagieren auf bestimmte Reize als Ganzes. Somit erfüllen diese Cyanobakterien alle Merkmale echter vielzelliger Organismen. Das Projekt zielt auf die frühesten Schritte im Differenzierungsprozess von Heterozysten in diesen Cyanobakterien ab

Heterozysten sind auf die Fixierung von N2 mit Hilfe des Enzyms Nitrogenase spezialisiert und photosynthetisch inaktiv. Heterozysten und die benachbarten photosynthetisch aktiven vegetativen Zellen hängen entscheidend voneinander ab und tauschen Stoffwechselprodukte und Signale aus. Dadurch wird die heterozystenspezifische N2-Fixierung zu der emergenten Funktion, die diesen Cyanobakterien das Überleben in stickstoffarmen Umgebungen ermöglicht.

Das Projekt konzentriert sich auf das Verständnis der frühesten Schritte des Heterozysten-Differenzierungsprozesses in dem genetisch gut charakterisierten Modell Nostoc 7120, auf die Evolution der beteiligten Gene und Mechanismen aus nicht Heterozysten-bildenden Cyanobakterien und auf die Auswirkungen der Heterozysten-Differenzierung auf bakterielle Gemeinschaften in der Umwelt.

Wir wenden Einzelzelltranskriptomik an, identifizieren und charakterisieren frühe Regulatoren der multizellulären Entscheidungsfindung, identifizieren Kipppunkte für die Heterozystendifferenzierung und weiten die Analysen im Labor auf die Auswirkungen auf Umweltpopulationen aus.

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