Rekonstruktion der Evolution von DNA-Bindespezifitäten von Transkriptionsfaktoren in rezenten Arten und ihren gemeinsamen Vorfahren

Transkriptionsfaktoren (TFs) sind wichtige Regulatoren von Entwicklungsprozessen und in der Verarbeitung von Umweltsignalen in Pflanzen und Tieren. Sie führen ihre Funktion aus, indem sie an spezifische DNA-Regionen binden. Allerdings ist es noch weitgehend unverstanden, wie die DNA-Bindespezifität dieser TFs evolviert auf der Ebene der Proteinsequenzevolution. Dieses Wissen ist aber notwendig, um zu verstehen, wie sich die biologischen Funktionen und Zielgennetzwerke dieser TFs entwickeln und wie sich TF-Funktionen nach Genduplikationsereignissen diversifizieren. Daher ist es das Ziel dieses Projekts, neue computerbasierte Methoden zu entwickeln, um die Evolution der DNA-Bindespezifitäten innerhalb einer TF-Familie zu charakterisieren. Dies Projekt hat zum Ziel, 1) die Proteinsequenzen von evolutionären Vorfahren einer Gruppe von TFs zu rekonstruieren, und 2) die DNA-Bindespezifitäten dieser ancestralen TFs mittels Hochdurchsatz-SELEX-seq-Experimenten zu charakterisieren. Die Wichtigkeit von neuen computergestützten Methoden in der Analyse von evolutionären Veränderungen von DNA-Bindespezifitäten wird in diesem Projekt veranschaulicht am Beispiel der AP1/FUL-Subfamilie von MADS-Domänen-TFs, welche am Ursprung der zweikeimblättrigen Blütenpflanzen durch Genduplikationen entstanden sind, und im Laufe der Evolution verschiedene biologische Funktionen in der Bestimmung des Blühzeitpunkts, der Bildung von Stengelblättern und der Fruchtentwicklung übernommen haben. Damit wird das Projekt die Frage beantworten, inwiefern Veränderungen in der DNA-Bindespezifität zur funktionellen Diversifikation dieser wichtigen Entwicklungsregulatoren beigetragen haben. Außerdem stellt die hier etablierte Kombination aus experimentellen und computergestützten Verfahren auch ein Ausgangspunkt für vergleichbare Analysen in anderen TF-Familien und Modellsystemen dar.