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AUREATE - AUgmented REsilience After Transmission of Epimutations

English title AUREATE - AUgmented REsilience After Transmission of Epimutations
Applicant Grossniklaus Ueli
Number 180214
Funding scheme ERA-CAPS
Research institution Institut für Pflanzen- und Mikrobiologie Universität Zürich
Institution of higher education University of Zurich - ZH
Main discipline Genetics
Start/End 01.07.2018 - 31.12.2021
Approved amount 290'203.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Genetics
Molecular Biology

Keywords (7)

Cell type-specific transcriptome analysis; Epigenetics; Arabidopsis thaliana; Stress resistance; DNA methylation; Transgenerational inheritance; Stem cells

Lay Summary (German)

Lead
Das Forschungsziel von AUREATE ist es, mithilfe von modernsten Zelltyp-spezifischen Analysen zu verstehen, wie in vegetativen Geweben und Stammzellen der Modellpflanze Arabidopsis thaliana eine epigenetische Veränderung entsteht, wie sie erhalten und weitergegeben sowie wieder gelöscht wird. Wir erwarten, dass AUREATE zu einem besseren Verständnis der möglichen Vererbung epigenetischer Veränderungen bei Pflanzen führt, was es vielleicht ermöglichen wird, die Stresstoleranz bei landwirtschaftlichen Nutzpflanzen zu verbessern.
Lay summary
Pflanzen können sich sehr gut an Veränderungen der Umweltbedingungen anpassen. Genetische und epigenetische Faktoren verändern die Aktivität von spezifischen Genen so, dass sich die Pflanzen auf biotischen und abiotischen Stress einstellen können und so toleranter gegenüber wechselnden Umweltbedingungen werden. Von besonderem Interesse ist wiederholter Stress mit demselben Auslöser, an den sich Pflanzen über einen wahrscheinlich epigenetischen Mechanismus „erinnern“ und sich so schneller anpassen können und gewisse Anpassungen möglicherweise an ihre Nachkommen weitergeben können. Epigenetische Veränderungen entstehen durch sequenzspezifische chemische Modifikationen des Genoms, deren Verteilung im Genom massgeblich durch Transposons beeinflusst wird, so dass diese bei der Dynamik epigenetischer Veränderungen vermutlich eine wichtige Rolle spielen. Das Forschungsziel von AUREATE ist es, mithilfe von modernsten Zelltyp-spezifischen Analysen zu verstehen, wie in vegetativen Geweben und Stammzellen der Modellpflanze Arabidopsis thaliana eine epigenetische Veränderung entsteht, wie sie erhalten und weitergegeben sowie wieder gelöscht wird. Insbesondere wollen wir verstehen, ob epigenetische Veränderungen durch die Keimbahn an die nächste Generation vererbt werden können, welche Veränderungen während der Entwicklung der Keimzellen erhalten respektive gelöscht werden. Dazu werden neue Methoden entwickelt, die es ermöglichen, epigenetische Veränderungen in Keimzellen zu analysieren. Zusammenfassend erwarten wir, dass AUREATE zu einem besseren Verständnis der möglichen Vererbung epigenetischer Veränderungen bei Pflanzen führt, was es vielleicht ermöglichen wird, die Stresstoleranz bei landwirtschaftlichen Nutzpflanzen zu verbessern.
Direct link to Lay Summary Last update: 23.03.2018

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Project partner

Abstract

During the past decade, tremendous progress has been made in our understanding of molecular mechanisms as well as genetic variation that underlie the adaptation of plants to fluctuating environments. It has been well established that genetic and epigenetic factors interact to create specific transcriptional responses that help plants to cope with a range of biotic and abiotic stresses. Of particular interest is the response of plants to repeated episodes of the same stress, and there is no doubt that epigenetic memory within the same generation plays an important role in acclimating or priming plants for subsequent exposure to the same stress. We are, however, only beginning to understand how such epigenetic memory is first created and then maintained. In addition, our knowledge of how and how quickly induced epigenetic changes are reset remains woefully inadequate. In AUREATE, we will use the model plant Arabidopsis to gain insights into whether and how vegetative cells, stem cells and germ cells differ in their acquisition and maintenance of epigenetic memory, using state-of-the-art methods for cell-type specific analyses. Since transposable elements are a major force shaping the distribution of epigenetic marks along the genome, and at the same time represent the most variable components of genomes, we will examine a range of genetically diverse strains in order to pinpoint the role of transposable elements in differential epigenetic memory. Next, as a first step towards understanding how plants either prevent or allow that epigenetic memory is passed on to the next generation, we will study the transmission of newly acquired epigenetic information from stem cells in the shoot apical meristem to gametes, and ultimately the soma of sexual progeny, which will be contrasted with asexual regenerants. In the course of these studies, we will have identified specific regions of the genome that are sensitive to epigenetic modification upon stress, reveal which ones are stable or reset during germline development, and which ones are stable or vary during evolution. Using genetics and targeted epigenome modification, we will then begin to reveal the underlying mechanisms responsible for epigenetic memory. In summary, the outputs of AUREATE will provide a deeper understanding of transgenerational memory in plants and its potential application to enhance stress resilience in economically important plant species
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