Avkodning av cirkadisk kontroll av cellcykeln i växter
- Diarienummer
- SAB25-0004
- Projektledare
- Eriksson, Maria E.
- Start- och slutdatum
- 260701-271231
- Beviljat belopp
- 2 898 467 kr
- Förvaltande organisation
- Umeå University
- Forskningsområde
- Livsvetenskaperna
Summary
Studier av växter har visat att cellcykelns faser regleras av både externa och interna signaler, liksom av samordningen mellan celltillväxt och celldelning i intakta vävnader. Jag kommer att undersöka den interna reglering som den cirkadiska klockan utövar på cellcykeln. Baserat på mina preliminära resultat står cyklin D3 under cirkadisk-kontroll av CCA1 i Arabidopsis. Dessutom har det visats att progression genom både Gap1/DNA Syntes (G/S)och Gap 2/Mitos (G2/M)‑faserna är storleksberoende. Dessa observationer belyser komplexiteten i de underliggande regulatoriska nätverken. För att klarlägga genuttrycksresponsen och cellcykel progression används vildtyp- och och genotyper med förändrat uttryck av klock- och cellcykel gener att undersökas i det föreslagna projektet. En kombination av metoder såsom genetisk dissektion av den cirkadiska klockans funktion och cellcykelreglering i de olika genotyerna, och jämförelser av deras tillväxtfenotyper. Dessutom kommer stresstest att integreras med tidsupplöst RNA‑sekvensering av hela organ, framförallt rötter, från Arabidopsis och om möjligt, hybridasp. Sabbatical-projektet avslutas med högupplöst profilering av utvalda organ eller vävnader på cellkärnenivå. Tillsammans kommer detta material och metoder att ge den första detaljerade mekanistiska förståelsen av hur den cirkadiska klockan samordnas med cellcykeln i regleringen av växttillväxt, samt klargöra de dynamiska uttrycksmönstren hos centrala regulatoriska gener.
Populärvetenskaplig beskrivning
De flesta organismer, från bakterier till människor, har en cirkadisk klocka som dagligen justeras till lokal tid. Denna ~24‑timmarsrytm gör att organismer kan förutse dagliga och säsongsbundna förändringar och tidsmässigt separera processer som annars skulle krocka. Hos växter styr klockan bland annat bladvinkling, blomning och årstidsresponser som knoppsättning och knoppsprickning. I projektet används främst backtrav, och om möjligt hybridasp, för att förstå hur den cirkadiska klockan koordinerar DNA‑replikation och cellcykeln – centralt för växters tillväxt. Backtrav är lämpligt genom sitt lilla genom och snabba livscykel. Intresset väcktes av studier i hybridasp där nedreglering av klockgenerna LHY1, LHY2 och TOC1 gav ändrad klock rytm och negativt påverkade tillväxt. Vi fanna att LHY1 och LHY2 stimulerar cytokininbiosyntes och reglerar den viktiga cellcykelregulator CYCD3s genuttryck. LHY2 kan även binda till CYCD3‑proteinet, vilket visar flera nivåer av koppling mellan klockan och cellcykeln. Eftersom få studier tidigare visat hur klockan styr cellcykeln ska projektet klarlägga dessa mekanismer. Vi undersöker hur klockan reglerar CYCD3 och om den även styr proteinets stabilitet och rytmik. Vi testar också om cellcykeln i sin tur påverkar klockan.. Med genetiska, biokemiska och fysiologiska metoder analyseras om fler klockkomponenter styr andra delar av cellcykeln, exempelvis DNA‑replikation. Genom att kartlägga klockstyrda rytmer i rötter och samtidigt följa cellcykelns faser under både normala och saltstressade förhållanden kan vi identifiera hur rytmik och cellproliferation samverkar. Även ljussignalering och tillväxt studeras. För att identifiera hela nätverk av klock- och cellcykelstyrda gener kommer transkriptomdata samlas in från rötter på organ/vävnads- och cellnivå. Projektet genomförs i en forskningsmiljö med expertis inom högupplösta genuttrycksstudier vid Sainsbury Laboratory i Cambridge. Med deras avancerade teknologier blir det möjligt att klarlägga hur de två centrala cyklerna—cirkadisk rytm och celldelning—kommunicerar för att styra tillväxt och anpassning till stress. Sammantaget kommer projektet ge fördjupad förståelse för tidsstyrd reglering av tillväxt och hur denna kan modifieras. Kunskapen är avgörande för framtida förädling och biotekniska strategier som syftar till att förbättra växters tillväxt, avkastning och robusthet under stressiga miljöförhållanden.