Analyse und Rekonstruktion regulativer Netzwerke, die die epidermale Differenzierung und das polare Wurzelhaarwachstum steuern

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Kudla
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264387517

Polares Spitzenwachstum ist ein grundlegender Prozess, der dem Wachstum von neuronalen Axonen, Pilzhyphen und Wurzelhaaren von Pflanzen zugrunde liegt. Wurzelhaare (WHs) sind spezialisierte Auswüchse der Wurzelepidermis, die die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen sowie die Verankerung im Boden erleichtern. WHs bieten ein ausgezeichnetes Modellsystem, um grundlegende Aspekte der Zelldifferenzierung und des Zellwachstums zu untersuchen, da sie schnelles und oszillierendes Spitzenwachstum (SW) aufweisen, leicht für mikroskopische Analysen zugänglich sind und aufgrund ihrer nicht-essenziellen Funktion sehr gut für genetische Analysen durch Mutantencharakterisierung geeignet sind. Das SW der WHs wird durch ein komplexes Zusammenspiel von Hormonen, sekundären Botenstoffen und pH-Homöostase bewirkt. Nach einer anfänglichen Phase des WH-Auswuchses zeigt deren weiteres Wachstum eine pulsierende Natur, bei der Phasen schnellen Wachstums mit Phasen langsameren Wachstums abwechseln. Dieses diskontinuierliche Wachstumsverhalten wird von Oszillationen von Ca2+, reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) und zellulärem/apoplastischem pH begleitet. Die ROS-erzeugende NADPH-Oxidase (NOX) RBOHC ist ein zentraler Regulator des WH-Wachstums. Allerdings blieben bisher grundlegende Aspekte ihrer Regulation unverstanden. Es ist beispielsweise unklar, wie RBOHC während des frühen WH-Wachstums aktiviert wird, wie die oszillierende RBOHC-Aktivität während des schnellen SW mechanistisch verursacht wird und wie die Deaktivierung dieser NOX erreicht wird. Neben dem Ca2+-aktivierten CBL1-CIPK26/CPK4/CPK10-Modul haben wir FER/RIPK- und ERU/MARIS-RLK/RLCK-Module identifiziert, die eine Ca2+-unabhängige RBOHC-Aktivierung vermitteln können, und die Phosphatasen AUN1/2 als Deaktivatoren von RBOHC definiert. Dies definiert die Ziele dieses Projekts, das darauf abzielt, die molekularen Komponenten und Mechanismen zu definieren, die die Differenzierung und das Wachstum von WHs steuern. Zu diesem Zweck verwenden wir RBOHC als experimentellen Schwerpunkt, da dieses Enzym einen zentralen regulatorischen Knotenpunkt der WH-Biologie darstellt. Unsere Studien sollen sich auf die folgenden drei spezifischen Ziele konzentrieren: (i) die Definition der Mechanismen und Funktion der Ca2+-aktivierten Phosphorylierung und möglicherweise pH-aktivierten Dephosphorylierung für die Regulation der RBOHC-Funktion (ii) die mechanistische und funktionelle Charakterisierung des FER-RIPK-RBOHC-Moduls und der potenziellen pH-Modulation der WH-Peptid-Signaltransduktion sowie (iii) die funktionale und mechanistische Charakterisierung des ERU-MARIS-ROBHC-Moduls. Insgesamt sollten unsere Ansätze detaillierte und grundlegende Einblicke in das komplexe Zusammenspiel dieser Signaltransduktionskomponenten in Wurzelhaaren ergeben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen