Epidermal root cells as a suitable cell biological model system to unravel PIN2 auxin efflux carrier turnover and differential growth regulation in plants

• Antragsteller: Dr. David Scheuring
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233353861

Die polare Verteilung des Hormons Auxin in der Pflanze ist entscheidend für Wachstum, Reaktion auf externe Stimuli und insbesondere für die Entwicklung von Organen wie Blätter und Blüten. Im Zentrum der polaren Auxin Verteilung stehen Auxin Efflux-Proteine der PIN (Pin-formed) Familie. Entwicklungsstimuli und externe Reize (wie z.B. Gravitropismus und Licht) werden durch dynamische Regulierung des PIN Transportes prozessiert. Zu diesen Regulierungen gehören die Endocytose und anschließende Degradierung der PIN Proteine in der lytischen Vakuole. So konnte gezeigt werden, dass in Keimlingen sowohl nach gravitropischen Reizen als auch nach Lichtabstinenz ein Teil der PIN2 Proteine internalisiert und anschließend in der Vakuole degradiert wurden. Des Weiteren konnte durch pharmakologische Inhibierung des Transportes im Bereich des prävakuolären Kompartiments (prevacuolar compartment, PVC) diese Degradierung verhindert werden. Es ist also anzunehmen, dass PVC-abhängige PIN2 Degradierung in der Vakuole entscheidend für adaptives Wachstum (z.B. durch gravitropische Reize) der Pflanze ist. Der Mechanismus der PIN Proteine an der Plasmamembran für Internalisierung und anschließende Degradierung markiert ist allerdings weitgehend unverstanden. Da PIN2 in Wurzeln exprimiert wird, muss ein experimentelles System in diesem Organ etabliert werden um zu untersuchen wie eine differentielle Regulierung des Wachstums die Stabilität der PIN2 Proteine beeinflusst. Sowohl in den Hauptwurzeln als auch in Seitenwurzeln differenziert sich die Rhizodermis Auxin-abhängig in Trichoblasten und Atrichoblasten. Während die spezialisierten Trichoblasten Wurzelhaare ausbilden um die resorptionsfähige Wurzeloberfläche zu vergrößern, bilden Atrichoblasten keine Wurzelhaare.Mit diesem leicht zugänglichen experimentellen System wollen wir dieses differentielle Wachstum untersuchen. Ich bin überzeugt, dass die Regulierung des Wachstums in Trichoblasten und Atrichoblasten der Rhizodermis ein geeignetes System ist um diesen fundamentalen Prozess auf zellulärer Ebene zu ergründen. Hierbei werden wir besonders auf die PIN2-abhängige Regulierung der Auxin-Homöostase und ihren Einfluss auf die Wurzelentwicklung eingehen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Österreich
• Gastgeber: Professor Dr. Jürgen Kleine-Vehn