Die Entwicklung und Lichtregulation von Seitenwurzeln in Arabidopsis Keimlingen
Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Musterbildung und der molekulare Mechanismus der periodischen Neubildung von Seitenwurzeln sind derzeit intensiv bearbeitete, kontrovers diskutierte Themen der pflanzlichen Entwicklungsbiologie. Unsere Arbeiten liefern zwei inhaltlich zusammenhängende Beiträge zu dieser Thematik. In einer ersten publizierten Arbeit zeigen wir, dass die Anzahl der neu gebildeten Seitenwurzeln nicht durch das Krümmungsmuster der wachsenden Zentralwurzel (wie von der „Biegungshypothese“ postuliert), sondern von einem endogenen Zeitgeber festgelegt wird („Oszillationshypothese“). Die genaue Positionierung der Seitenwurzeln entlang der Zentralwurzel steht hingegen unter der Kontrolle des Krümmungswachstums. Diese Resultate erlauben die Einordnung der widersprüchlich erscheinenden Hypothesen in ein integrierendes Konzept der Musterbildung. In einer zweiten publizierten Arbeit liefern wir neue experimentelle Daten zur Begründung einer biologischen Uhr als Zeitgeber der Seitenwurzelperiodik. Wir zeigen anhand von in vivo Reporterstudien (DR5:LUC), dass die Abfolge der Seitenwurzeln durch Licht frequenzmoduliert wird und dass Auxin an der Umsetzung von kontinuierlichen Lichtsignalen in diskrete Genaktivierungsereignisse für die Initiation von Seitenwurzeln beteiligt ist. Auf der Grundlage dieser Befunde formulieren wir ein neuartiges, molekulares Modell einer biologischen Uhr, bei der die auxininduzierte periodische Degradation und Regeneration eines Transkriptionsrepressors den Takt für die Anlage von Seitenwurzeln ohne die Beteiligung von lokalen und temporalen Auxinmaxima vorgibt. Dieses Modell erweitert die Bandbreite biologischer Uhren durch einen Typ mit flexibler Periodik, welche eine Anpassung der Organbildung an wechselnde Umweltbedingungen erlaubt. Diese zweite Arbeit wird durch eine aktuelle Pressemitteilung der Universität Freiburg gewürdigt und möglicherweise von Publikumsmedien aufgegriffen werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2016) Priming and positioning of lateral roots in Arabidopsis. An approach for an integrating concept. J. Exp. Bot. 67, 1411-1420
Kircher, S. and Schopfer, P.
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(2018) The plant hormone auxin beats the time for oscillating light-regulated lateral root induction. Development 145, dev169839
Kircher, S. and Schopfer, P.
