FOR 2581:  Morphodynamik der Pflanzen

• Fachliche Zuordnung: Biologie ; Informatik, System- und Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318879394

Eine seit langem bestehende zentrale Frage der Biologie ist die nach der Übersetzung von genetischer Information in die Gestalt eines Organismus. Die Gestaltbildung, oder Morphogenese, entspringt dem dynamischen Zusammenspiel zwischen Zellteilung, Musterbildung und Wachstum und agiert über mehrere räumliche Größenordnungen. Diese Umstand beruht darauf, dass elementare Zelleigenschaften das Verhalten von Zellpopulationen und Organen bestimmen. Pflanzenzellen sind in der Beziehung einzigartig als dass sie aufgrund der zellwand-vermittelten Verbindung zwischen Nachbarzellen immobil sind. Da Pflanzenzellen deswegen ihr Verhalten intensiv abstimmen müssen, stellt dieses Charakteristikum eine besondere Herausforderung für die Integration einzelner Zellen dar. Dieser hohe Grad an Komplexität ist ein Grund dafür dass, trotz Fortschritte in einzelnen Aspekten, die Kontrollmechanismen der pflanzlichen Morphogenese nicht umfassend verstanden sind. Jedoch ergeben sich neuerdings durch die Kombination von Biologie, Physik und Computerwissenschaften vielversprechende Ansatzmöglichkeiten um ein ganzheitliches und quantitatives Verständnis der Gewebemorphogenese zu erlangen. Die multidisziplinäre Forschergruppe Quantitative Morphodynamics of Plants wird diese neuen Möglichkeiten zur Untersuchung der Morphogenese nutzen. Sie wird die Natur und Logik der interzellulären Koordination untersuchen, die für die Kontrolle des Verhaltens von Zellen mit unterschiedlichen Eigenschaften während der Gewebemorphogenese essentiell sind. Zu diesem Zweck vereinigt die Forschergruppe Experten in pflanzlicher Entwicklungsbiologie, der Computerwissenschaft und der Physik. Diese Kombination erlaubt nicht nur die multi-dimensionale Visualisierung und quantitative Analyse von multizellulären Wachstumsprozessen, sondern auch deren Integration in Computer-basierten realistischen Modellen. Die iterative und reziproke Interaktion zwischen traditionell isolierten Disziplinen charakterisiert insofern einen innovativen Ansatz der insbesondere Entwicklungsbiologen ermöglicht, neue Hypothesen zur Kontrolle der Morphogenese zu formulieren und zu testen.Wir erwarten, dass die Aktivität der Forschergruppe einen starken Einfluss auf insbesondere drei Bereiche haben wird:Auf der rein wissenschaftlichen Ebene wird die Forschergruppe wichtige Fortschritte bei der Frage erzielen, welche generelle Prinzipien für die pflanzliche Morphogenese und für Morphogenese allgemein entscheidend sind.In Bezug auf Ressourcenentwicklung wird die Forschergruppe ein Katalysator für die Generierung und Anwendung neuer rechenbetonter Werkzeuge für das Gebiet der quantitativen Morphogenese sein.Auf der Ausbildungsebene fördert die Forschergruppe die Entwicklung einer Gruppe von jungen Entwicklungsbiologen, die in der Lage ist, die traditionelle Zell- und Molekularbiologie mit rechnergestützten, quantitativen und physikalischen Methoden zu unterstützen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Großbritannien

Projekte

• Analytik und Modellierung (Antragstellerin Alim, Karen )
• Die Rolle von Zellgeometrie, Wachstum und Mechanik bei der Zellteilung in Pflanzen (Antragsteller Smith, Richard S )
• Dynamische Muster des Pflanzenbotenstoffs Auxin (Antragstellerin Alim, Karen )
• Eine Explosion erzeugen: Wie Wachstum und Spannung in explosiven Früchten zusammenwirken (Antragstellerin Hay, Angela )
• Eine morphodynamische Studie über die Entwicklung des C. hirsuta-Blattes (Antragsteller Tsiantis, Miltos )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Maizel, Alexis )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Maizel, Alexis )
• Maschinelles Lernen für Pflanzenzellsegmentierung und deren Korrektur, mit minimalem Aufwand für den Nutzer (Antragstellerinnen / Antragsteller Hamprecht, Fred A. ;  Kreshuk, Ph.D., Anna )
• Mechanismen und Mechanismen der lateralen Wurzelinitiierung (Antragsteller Maizel, Alexis )
• Quantitative Analyse der zellulären Wachstumsmuster welche die Formgebung in der Samenanlage von Arabidopsis steuern (Antragsteller Schneitz, Kay )
• Quantitative Analyse des zellulären Wachstums während des pflanzlichen Dickenwachstums (Antragsteller Greb, Thomas )
• Unterstützung für data Bearbeitung und Verwaltung (Antragsteller Maizel, Alexis )
• Unterstützung für die Bildsegmentierung (Antragstellerin Kreshuk, Ph.D., Anna )
• Von der Stammzellaktivität zur Morphogenese des Sprosses (Antragsteller Lohmann, Jan )

• Sprecher: Professor Dr. Alexis Maizel