Sarah Leuchtenberg (Universität Hohenheim)
Sarah Franziska Leuchtenberg erhielt den Preis für die beste pflanzenwissenschaftliche Master-Arbeit, die an der Universität Hohenheim im Jahr 2025 erstellt wurde, von der Deutschen Botanischen Gesellschaft für die Arbeit:
Analyse der Regulation der Chromatinorganisation in A. thaliana durch PDS5A
Diese Arbeit zeigt erstmals, dass die TAD-ähnliche Domänen in der PDS5A-Mutante von Arabidopsis thaliana, die im Gegensatz zu anderen Pflanzen im Wildtyp fehlen, durch Cohesin-Untereinheiten und Cofaktoren reguliert werden.
Die Funktion des Genoms wird neben der linearen DNA-Sequenz und der epigenetischen Landschaft auch durch seine nicht-zufällige, dreidimensionale Anordnung im Zellkern bestimmt. Diese Organisation umfasst topologisch assoziierte Domänen (TADs), welche in Tieren und vielen Pflanzenarten weit verbreitet sind und in Tieren durch den Cohesin-Proteinkomplex reguliert werden. Die Modellpflanze Arabidopsis thaliana stellt im Pflanzenreich jedoch einen Sonderfall dar, da TADs im Wildtyp weitgehend fehlen. Nachdem der Grund hierfür lange unklar war, konnte 2024 gezeigt werden, dass das Cohesin-assoziierte Protein PDS5A TADs in Arabidopsis aktiv unterdrückt, sodass sie in der pds5a-Mutante deutlich auftreten.
Ziel dieser Arbeit war es daher, die Rolle von PDS5A und verwandten Cohesin-Regulatoren bei der Entstehung und Stabilität von TADs in Arabidopsis zu untersuchen. Hi-C-Analysen in verschiedenen Geweben zeigten zunächst, dass die TADs in pds5a weitgehend unabhängig von Gewebeidentität und Genaktivität auftreten. Um zusätzliche molekulare Akteure der TAD-Bildung zu identifizieren, wurde ein auf Long-Read Oxford Nanopore Sequencing basierender Screen etabliert, der Veränderungen der Chromatinstruktur bei weiteren Mutationen im pds5a-Hintergrund schnell erfasst. Daraus resultierte, dass weitere Cohesin-assoziierte Proteine wie SYN4 oder WAPL die Chromatinstruktur maßgeblich beeinflussen, und zwar ähnlich wie im Tiermodell. Ergänzend wurden neben TADs auch sogenannte „architectural stripes“ untersucht, die im Tiermodell als Hinweis auf aktive Cohesin-Extrusion gelten und deren Auftreten in Arabidopsis ebenfalls auf Cohesin-getriebene Mechanismen hindeutet.
Insgesamt lieferte die Arbeit neue Einblicke in die pflanzliche 3D-Genomorganisation und etabliert die pds5a-Mutante als vielversprechendes Modell zur Untersuchung Cohesin-abhängiger Mechanismen in Pflanzen. Langfristig ermöglicht dies die Aufklärung sowohl der evolutionären Konservierung als auch pflanzenspezifischer Strategien der 3D-Genomorganisation und deren regulatorische Rolle für pflanzliches Wachstum und Entwicklung.
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Sarah F. Leuchtenberg fertigte die Arbeit am Institut / Lehrstuhl für Biologie in der Arbeitsgruppe von Jun.-Prof. Dr. Chang Liu an.
