Institut für Genetik

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1 Institut für Genetik 1. Forschungsprojekte Projektleiter: Prof. Dr. Ulla Bonas Projekttitel: Avirulenz- und Virulenzaktivität des AvrBs3 Proteins aus Xanthomonas Wissenschaftliche Biozentrum -Dr. G. Hause SFB 363;, Frankreich -C. Boucher, INRA Toulouse Laufzeit: Kurzbeschreibung: Avirulenz- und Virulenzaktivität des AvrBs3 Proteins aus Xanthomonas Stichwörter: Lokalisationssignal; nukleäres, pflanzenpathogene Bakterie, Typ III-Effektor Projektleiter: Prof. Dr. Ulla Bonas Projekttitel: Funktionsanalyse der Effektorproteine phytopathogener Bakterien Laufzeit: Kurzbeschreibung: Funktionsanalyse der Effektorproteine phytopathogener Bakterien Stichwörter: pflanzenpathogene Bakterie, Sekretion, Translokation in Pflanzenzellen, Typ III-Effektorprotein Projektleiter: Projekttitel: Prof. Dr. Ulla Bonas Genetische und biochemische Analyse des hrp Genclusters in Xanthomonas campestris pv. vesicatoria Biozentrum - Dr. G. Hause, Universität Bochum - Dr. Klüsener Wissenschaftliche Laufzeit: Kurzbeschreibung: In diesem Projekt sollen Gene des rechten Bereiches der hrp Region (11 bk) genetisch und biochemisch untersucht werden. Nicht-polare Mutationen werden auf ihre Auswirkungen hinsichtlich der Interaktion mit der Wirtspflanze sowie der Typ III Sekretion untersucht. Die Regulation der Expression soll mit Hilfe von Reportergenfusionen bestimmt werden. Zur Detektion und Lokalisierung werden die Proteine mit Epitop-Tags versehen. Polyklonale Antikörper sollen hergestellt werden, um Proteinlokalisierungs- und Interaktionsstudien durchzuführen. Stichwörter: pflanzenpathogene Bakterie, Typ III-Proteinsekretion Seite 1

2 Projektleiter: Prof. Dr. Ulla Bonas Projekttitel: Genomanalyse des Pflanzenpathogens Xanthomonas campestris pv. vesicatoria Wissenschaftliche Inst. f. Genetik - Dr. Koebnik, Universität Bielefeld - Dr. Niehaus, Universität Bielefeld - Kompetenzzentrum - Prof. Eichenlaub, Universität Bielefeld - Kompetenzzentrum - Prof. Pühler, Universität Bremen - Prof. Reinhold-Hurek, Universität Dresden - Prof. Göttfert Fördereinrichtung: Bund Laufzeit: Kurzbeschreibung: Die Genomsequenz des Bakteriums soll ermittelt und annotiert werden. Ziel ist die komplette Inventarisierung von Pathogenitätsfaktoren und entsprechenden Regulatoren. Funktionelle Tests sollen Pathogenitätsfaktoren identifizieren. Stichwörter: Pathogenitätsfaktor Genomevevolution, pflanzenpathogene Bakterie Projektleiter: Prof. Dr. Ulla Bonas Projekttitel: Isolierung und funktionale Analyse der Resistenzgene Bs3 aus Paprika (Capsicum annuum) und Bs4 aus Tomaten (Lycopersicon esculentum) Laufzeit: Kurzbeschreibung: Die genetische Analyse von Pflanzen-Pathogen Interaktionen hat gezeigt, dass pflanzliche Resistenz häufig durch korrespondierende Gene in Wirt (Resistenzgen; R-Gen) und Pathogen (Avirulenzgen; avr-gen) determiniert wird. Ziel dieses Projektes ist die molekulare Isolierung des Paprika (Capsicum annuum) Bs3- und Tomaten (Lycopersicon esculentum) Bs4-Resistenzgens, die jeweils spezifische Erkennung der hochhomologen Avirulenzproteine AvrBs3 und AvrBs3-2 des Gram-negativen Bakteriums Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Xcv) vermitteln. Bs3 und Bs4 sollen mit Hilfe eines kartenorientierten Ansatzes isoliert werden. Beide Zielloci wurden bereits genetisch kartiert, und für geplante physikalische Kartierungen stehen entsprechende YAC Bibliotheken zur Verfügung. Die Analyse von Kandidatengenen innerhalb genetisch/physikalisch definierter Bereiche wird über transiente in planta Expression mittels Agrobacterium erfolgen. R-Gen Transkripte sollen mittels Southern, Northern und RT-PCR untersucht werden. Für subzelluläre Lokalisationsstudien sollen spezifische Antikörper und Epitop-markierte R-Proteine erstellt werden. Spezifische Antikörper und der Hefe-Dihybrid Ansatz werden zur Identifikation von R-Protein Interaktionspartnern eingesetzt. Isolierung und Analyse von Bs3 und Bs4 werden ein tiefgreifenderes Verständnis der Avr-Proteinperzeption ermöglichen und somit einen wertvollen Beitrag zur molekularen Pflanzenzüchtung liefern. Stichwörter: Gen-für-Gen Resistenz, Paprika, Tomate, Xanthomonas Seite 2

3 Projektleiter: Prof. Dr. Karin Breunig Projekttitel: `Cross-talk` metabolischer und stress-regulierter Signalwege in Hefen Wissenschaftliche Prof. Dr. Werner Roos u.a. Laufzeit: Kurzbeschreibung: Im Rahmen einer Forschergruppe zum Thema "Zellulärer Signaltransfer in physiologischem Grenzbereich" wird die Vernetzung nährstoff-regulierter Signalwege und die Anpassung an Nährstofflimitierung analysiert. Im Zentrum steht die Proteinkinase Snf1, der in Pflanzen, Tieren und Hefen eine Schlüsselrolle bei genetischen Umprogrammierungen zukommt. Ziel ist es neue Regulatoren des Snf1- und des TOR-regulierten Signalweges zu identifizieren und in der Evolution konservierte Interaktionspartnern zu charakterisieren. Stichwörter: Energiestoffwechsel; zellulärer, Genexpression, Hefe, Signaltransduktion, Snf1, Stress, Stressanpassung, TOR, Zellwachstum Projektleiter: Prof. Dr. Karin Breunig Projekttitel: Proteinfaltung im Hefe-Sekretionsweg Wissenschaftliche ACGT ProGenomics AG - Halle, FB Biochemie/Biotechnologie - Prof. Dr. R. Rudolph, SCIL Proteins GmbH - Halle Fördereinrichtung: Bund Laufzeit: Kurzbeschreibung: Die Hefe Kluyveromyces lactis wird als Wirtssystem für die Überexpression und Sekretion von disulfid-verbrückten Proteinen benutzt. Dabei werden verschiedene therapeutische Proteine unter Lactose-Kontrolle reguliert exprimiert. Neben der der Optimierung der Produktausbeute unter Nutzung des Sekretionsweges als Faltungskompartiment ist eines der Ziele die detailliertere Analyse des Einflusses der Physiologie der Wirtszelle auf die Proteinausbeute und -qualitiät. Dabei soll insbesondere untersucht werden, ob und ggf. wie sich die Anhäufung falsch gefalteter Proteine auf nährstoff-kontrollierte Signalwege auswirkt. Dieses Verbundprojekt ist Teil der Bemühungen, die Interaktion zwischen akademischer und industrieller Forschung zu verbessern und aus Forschungsergebnisse heraus Produkte und Prozesse zu entwickeln, die dazu beitragen die Wirtschaftskraft der neuen Bundesländer zu stärken. Stichwörter: Genexpression, Lactose, Protein; rekombinantes therapeutisches, Stress Seite 3

4 Projektleiter: Prof. Dr. Karin Breunig Projekttitel: Regulation der Transkriptionsaktivierungsfunktion von Gal4 durch Gal80 Laufzeit: Kurzbeschreibung: Das Hefe Galactose-Regulons dient als Modellsystem, um die dynamische Anpassung der Genexpression an veränderte Umweltbedingungen zu analysieren. Die drei Hefe-Proteine Gal4p, Gal80p und Gal1p stellen ein Regulationsmodul dar, durch das Gene aktiviert und inaktiviert werden können. Die galactose-regulierte Interaktion von Gal80p mit Gal1p hebt die Gal80p-vermittelte Hemmung des Transkriptionsakivators Gal4p auf. Der molekulare Mechanismus dieses Schaltvorganges ist bisher unverstanden und Gegenstand des Forschungsprojektes. Stichwörter: Galactose, Genexpression, Genregulation, Hefe, Signalling, Transkription, Zucker Projektleiter: Prof. Dr. Karin Breunig Projekttitel: System- und signal-orientierte Beschreibung eines genetischen Regulationsprozesses am Beispiel des Lactose-Regulons der Hefe - mathematische Modellierung und quantitative experimentelle Analyse Wissenschaftliche Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme; Magdeburg -Prof. D.E. Gilles Fördereinrichtung: Land (Sachsen-Anhalt) Laufzeit: Kurzbeschreibung: Das Hefe Galactose-Regulons dient als Modellsystem, um die dynamische Anpassung der Genexpression an veränderte Umweltbedingungen zu analysieren. Die drei Hefe-Proteine Gal4p, Gal80p und Gal1p stellen ein Regulationsmodul dar, durch das Gene aktiviert und inaktiviert werden können. Gal4p reguliert nicht nur seine eigene Synthese sondern auch die seiner Regulatoren Gal1p und Gal80p. Mit Hilfe eines system-orientierten, mathematischen Ansatzes wird versucht, die Dynamik dieses regulatorischen Netzwerkes zu beschreiben. Stichwörter: Anpassung, Galactose, Genregulation, mathematische Modellierung, Netzwerk, Signaltransduktion, Systembiologie, Transkription Projektleiter: Prof. Dr. Karin Breunig Projekttitel: Virtuelles Gentechnikpraktium `ViPGen` Wissenschaftliche OFFIS Oldenburg, Spektrum Verlag Heidelberg, Universität Frankfurt, Universität Kassel Fördereinrichtung: Bund Laufzeit: Seite 4

5 Kurzbeschreibung: Im Rahmen des BMBF Programmes "Neue Medien in der Bildung" wurde von den Projektpartnern ein Gentechnikpraktikum als interaktives Computersimulationsprogramm entwickelt. Das Institut für Genetik der MLU ist eines von vier Pilotanwendern, die den Einsatz dieses Programmes im normalen Lehrbetrieb erproben. Stichwörter: e-learning, Gentechnik Projektleiter: Dr. Rainer Dorn Projekttitel: Funktionelle Charakterisierung pflanzlicher Chromatingene Wissenschaftliche Sonderforschungsbereich 363, Universität Oslo -Prof. Aalen Laufzeit: Kurzbeschreibung: Die Arbeiten konzentrieren sich auf die funktionelle Analyse pflanzlicher Chromatingene, die für Proteine mit der evolutionär konservierten SET-Domäne kodieren. Neben Untersuchungen zur chromosomalen Verteilung dieser Proteine werden umfangreiche Analysen zur Funktion der pflanzlichen SET-Domänenproteine bei der epigenetischen Kontrolle von Genaktivitäten in pflanzlichen Systemen (Arabidopsis) vorgenommen. Stichwörter: Chromatingen Projektleiter: PD Dr. Ralf Koebnik Projekttitel: Untersuchungen der Struktur, Funktion, Membraneinlagerung und Dynamik von Proteinen der bakteriellen Zelloberfläche Wissenschaftliche ETH Zürich; Schweiz - Dr. Konstantin Pervushin, Max-Planck-Institut für Molekulare Physiologie; Dortmund - Dr. Peter Bayer, Universität Basel - Biozentrum; Schweiz - Dr. Patrick Van Gelder, Universität Basel - Biozentrum; Schweiz - Prof. Dr. Tilman Schirmer, Universität Helsinki -Biocenter; Finnland - Prof. Dr. Martin Romantschuk Laufzeit: Kurzbeschreibung: Im Rahmen des ersten Teilprojektes sollen in Fortführung eines DFG-Forschungsstipendiums an den Antragsteller Untersuchungen zur Struktur, Funktion, Membraneinlagerung und Dynamik bakterieller Außenmembranproteine durchgeführt werden. Als Modellsysteme dienen die Proteine OmpA (Strukturprotein), OmpF (unspezifisches Porin), LamB (Substrat-spezifisches Porin) und FhuA (TonB-abhängiger Rezeptor) von Escherichia coli, deren 3D-Struktur in atomarer Auflösung bekannt ist. Mittels in vitro-mutagenese sollen zielgerichtet bzw. zufällig veränderte Proteinvarianten hergestellt und in vivo (Wachstumstests auf verschiedenen Substraten, Bakteriophagen- und Colicin-Sensitivität) sowie in vitro (Liposomenschwell-Assays, black lipid bilayer-messungen) Seite 5

6 Stichwörter: funktionell charakterisiert werden. Von besonders interessanten Varianten soll die 3D-Struktur mittels Röntgenkristallografie bzw. NMR-Spektroskopie aufgeklärt werden. Um Erkenntnisse über den Zusammenhang von Struktur und Stabilität eines Membranproteins zu erlangen, sollen ausgewählte OmpA- und OmpF-Mutanten mittels Differenz-Scanning-Kalorimetrie analysiert werden. Anhand der ausgewählten Modellproteine werden diese Arbeiten Aufschluß über molekulare Mechanismen von Transportprozessen durch biologische Membranen sowie zu strukturellen Aspekten beta-strukturierter Membranproteine geben. In einem zweiten Teilprojekt sollen Untersuchungen zur Struktur und Funktionsweise des Typ III-Sekretionsapparates des Pflanzenpathogens Xanthomonas campestris durchgeführt werden, wobei insbesondere folgende Fragestellungen bearbeitet werden sollen: Aus welchen Komponenten besteht der Typ III-Sekretionsapparat von X. campestris? Sind Zelloberflächen-aufgelagerte Strukturen, wie z.b. Pili, am Transport beteiligt, und welche Struktur hat das mutmaßliche Pilus-Protein HrpE1? Wie wechselwirken die zu transportierenden Proteine mit diesem Sekretionsapparat, und wie werden sie von ihm erkannt? Escherichia coli, Hrp-Pilus, OmpA, Porin, Rezeptor; tonb-abhängiger, Typ III-Sekretion, Xanthomonas campestris Projektleiter: Dr. Thomas Lahaye Projekttitel: Isolierung und funktionale Analyse der Resistenzgene Bs3 aus Paprika (Capsicum an-nuum) und Bs4 aus Tomate (Lycopersicon esculentum) Laufzeit: Kurzbeschreibung: Die genetische Analyse von Pflanze-Pathogen Interaktionen hat gezeigt, daß pflanzliche Resis-tenz häufig durch korrespondierende Gene in Wirt (Resistenzgen; R-Gen) und Pathogen (Avirulenzgen; avr-gen) determiniert wird. Ziel dieses Projektes ist die molekulare Isolierung bzw. funktionale Analyse des Paprika (Capsicum annuum) Bs3- bzw. des Tomaten (Lycopersicon esculentum) Bs4-Resistenzgens, die jeweils spezifische Erkennung der hochhomologen Aviru-lenzproteine AvrBs3 und AvrBs4 des Gram-negativen Bakteriums Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Xcv) vermitteln. Die vergleichende molekulare Analyse von Bs3 und Bs4 verspricht neue Erkenntnisse der R-Protein-vermittelten Erkennungsspezifität. Bs3 soll mit Hilfe eines kartenorientierten Ansatzes isoliert werden. Bs3 wurde bereits genetisch kartiert, und für geplante physikalische Kartierungen stehen entsprechende YAC und BAC Bib-liotheken zur Verfügung. Die Analyse von Bs3 Kandidatengenen innerhalb Seite 6

7 Stichwörter: genetisch/physikalisch definierter Bereiche wird über transiente in planta Expression mittels Agrobacterium erfolgen. Das Tomaten Bs4 Gen, welches unlängst über einen kartenorientierten Ansatz isoliert wurde, soll ebenso wie das noch zu iolsierende Paprika Bs3 Gen mittels Southern, Northern und RT-PCR untersucht werden. Für subzelluläre Lokalisationsstudien sollen spezifische Antikörper und Epitop-markierte R-Proteine erstellt werden. Spezifische Antikörper und der Hefe-Dihybrid Ansatz werden zur Identifikation von R-Protein Interaktionspartnern eingesetzt. Isolierung und Analyse von Bs3 und Bs4 werden ein tiefgreifenderes Verständnis der Avr-Proteinperzeption ermöglichen und somit einen wertvollen Beitrag zur molekularen Pflanzenzüchtung liefern. Xanthomonas AvrBs3 AvrBs4 Bs4 Bs3 bacterial-spot Projektleiter: Prof. Dr. Gunter Reuter Projekttitel: DROSDEL Wissenschaftliche Attila Jozsef University; Szeged; Hungary -Peter Maroy u. Janos Szidonya, Cambridge University; Cambridge; UK -Michael Ashburner, Inst. de Genetique Humaine; Montpelier; France -Alain Bucheton u.a., Umea University; Umea; Sweden -Asa Rasmuson-Lestander Fördereinrichtung: EU Laufzeit: Kurzbeschreibung: Im Rahmen dieses Europäischen Verbundprojektes zur funktionellen Genomik beim Modellobjekt Drosophila melanogaster werden unter Einsatz einer neu zu etablierenden Kollektion von Insertionslinien eines modifizierten mobilen P-Elementes überlappende Deletionen und Duplikationen für das gesamte Drosophila-Genom hergestellt. Die mittlere Größe der Deletionen wird etwa 150kb betragen und die Bruchpunkte aller synthetisierten Rearrangements werden auf der DNA-Sequenzebene bestimmt. Durch dieses Material können neue grundlegende Daten zur Funktion aller Drosophila-Gene erhalten werden. Stichwörter: Drosophila melanogaster, funktionelle Genomik Projektleiter: Prof. Dr. Gunter Reuter Projekttitel: Funktionelle Charakterisierung pflanzlicher Chromatingene Wissenschaftliche Sonderforschungsbereich 363, Universität Oslo -Prof. Aalen Laufzeit: Kurzbeschreibung: Die Arbeiten konzentrieren sich auf die funktionelle Analyse pflanzlicher Chromatingene, die für Proteine mit der evolutionär konservierten SET-Domäne kodieren. Neben Untersuchungen zur chromosomalen Verteilung dieser Proteine werden umfangreiche Analysen zur Funktion Seite 7

8 Stichwörter: der pflanzlichen SET-Domänenproteine bei der epigenetischen Kontrolle von Genaktivitäten in pflanzlichen Systemen (Arabidopsis) vorgenommen. Arabidopsis, Chromatingen, Pflanze, Protein Projektleiter: Prof. Dr. Gunter Reuter Projekttitel: Genetische Analyse der Chromatinregulation Wissenschaftliche Universität Szeged; Ungarn -Szidonya Fördereinrichtung: Industrie Laufzeit: Kurzbeschreibung: Heterochromatin-assoziierte Proteine sind für ein Silencing von Genen, die in unmittelbare Nachbarschaft zu heterochromatischen Chromosomenregionen verlagert worden sind, verantwortlich. Eine Überexpression dieser Proteine führt zu ektopischen Gensilencing in definierten euchromatischen Regionen. Neben Untersuchungen zur Wirkungungsweise Heterochromatin-assoziierter Proteine werden Analysen zur molekularen Struktur der betroffenen euchromatischen Regionen durchgeführt. Diese Überexpressionssysteme ermöglichen neue Einsichten in die strukturelle und funktionelle Differenzierung eukaryotischer Genome. Stichwörter: heterochromatin-assoziiertes Protein Projektleiter: Prof. Dr. Gunter Reuter Projekttitel: Kontrolle genetischer Rekombination im Heterochromatin Fördereinrichtung: Land (Sachsen-Anhalt) Laufzeit: Kurzbeschreibung: Mit Hilfe von Mutationen in ausgewählten Chromatingenen wurde beim Modellobjekt Drosophila eine Funktion von Heterochromatin bei der Kontrolle der Crossing-over-Häufigkeit im Genom sowie bei der geregelten Segregation homologer Chromosomen in der Meiose nachgewiesen. Die Mutationen führen zu einer Erhöhung von Crossing-over in proximalen Chromosomenbereichen und zur Reduktion von Nondisjunktion homologer Chromosomen. Durch eine molekulargenetische Analyse der identifizierten Gene können neue Einsichten in Kontrollprozesse genetischer Rekombination auf der Ebene höhergeordneter Chromatinstrukturen erhalten werden. Stichwörter: Drosophila melanogaster Projektleiter: Projekttitel: PD Dr. Raffael Schaffrath Toxin-vermittelter Zellzyklusarrest in Hefe: Rolle des TOT/Elongator Komplexes Seite 8

9 Wissenschaftliche Tsukuba (Japan) - Dr. Kitamoto, Universität Dundee (UK) - Prof. Stark, Universität Münster - Prof. Meinhardt Laufzeit: Kurzbeschreibung: Gewisse Stämme der Milchhefe Kluyveromyces lactis sekretieren ein gegen sensitive Hefen (z.b. Saccharomyces cerevisiae) gerichtetes Toxin. Dieses als Zymocin bezeichnete Antimycotikum ist ein heterotrimerer Proteinkomplex und inhibiert die Proliferation von Hefezellen durch einen Zellzyklusarrest. Gegenwärtig analysieren wir den Zymocin-Wirkmechanismus, um zu verstehen, wie es in der Lage ist, Zellwachstum und Zellzyklus zu blockieren. Hierzu haben wir mittels Transposon-Mutagenese resistente S. cerevisiae Mutanten konstruiert. Deren molekulare Analyse ergab die Identifikation von Elongator als potenziellem Toxin-Target (TOT). Da der Elongatorkomplex mit der elongierenden Form der RNA Polymerase II assoziiert, und zur Wirkungsentfaltung des Zymocins essenziell ist, liegt die Vermutung nahe, dass Zymocin via Elongator mit der RNA Polymerase II funktionell im Zusammenhang steht. Erste Versuche zeigten, dass zymocin-behandelte Zellen hinsichtlich der RNA Polymerase II Funktion beeinträchtigt sind. Stichwörter: Killerhefe Kluyveromyvces lactis, RNA Polymerase II Elongator, Saccharomyces cerevisiae, Toxin-Target (TOT), Zellzyklus-Arrest, Zymocin Seite 9