Kontrolle von formativen Zellteilungen während der Entwicklung von Spaltöffnungen in Arabidopsis

• Antragstellerin: Dr. Annika Weimer
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321330726

Pflanzen zeigen enorme phänotypische Plastizität und entwickeln kontinuierlich neue Organe während ihrer postembryonalen Entwicklung. Pflanzenzellen sind von einer festen Wand umgeben, welche die Zellen im Gewebe fixiert. Daher ist die lokale Organisation und räumlich-zeitliche Kontrolle von Zellteilungen von zentraler Bedeutung, um den Pflanzenkörper zu bilden. Neu geformte Pflanzenorgane entstehen durch sogenannte formative oder asymmetrische Zellteilungen, d.h. durch die Produktion von Tochterzellen mit unterschiedlichen zellulären Schicksalen. Formative Zellteilungen kommen typischerweise in Stammzellnischen und den Abstammungslinien dieser Stammzellen vor, so zum Beispiel während der Entwicklung von Spaltöffnungen, den überlebenswichtigen Gaswechsel-Poren auf pflanzlichen Blättern. Formative und asymmetrische Zellteilungen während der Entwicklung der Spaltöffnungen sind schon mehrfach auf einer entwicklungsbiologischen Ebene beschrieben worden, aber der zugrundeliegende molekulare Mechanismus ist nach wie vor weitgehend unbekannt. Ziel des hier vorgeschlagenen Projekts ist aufzuzeigen, wie Pflanzen formative und asymmetrische Zellteilungen ausführen und zu untersuchen, wie Polarität, Zellidentität und Zelldifferenzierung erreicht wird. Dazu wird die Entwicklung von Spaltöffnungen von Arabidopsis als herausragendes Modellsystem genutzt. Der erste Teil des hier vorgeschlagenen Projekts adressiert die Frage, wie die zentrale Zellzyklus-Maschine reguliert wird, um eine bestimmte Anzahl von formativen Zellteilungen zu erlauben. Dazu wird die Rolle des Zellzyklusregulators CYCD7;1 und seine Regulation definiert, da CYCD7;1 eine sehr spezifische Expression während der letzten formativen Zellteilung in der Entwicklung von Spaltöffnungen zeigt. Dieser Teil verknüpft die zeitlich und räumliche Organisation von Zellteilungen mit Zell-Differenzierungsprozessen und zeigt, wie eine formative Zellteilung initiiert wird, aber auch, von großer Bedeutung für funktionale Gewebebildung, beschränkt wird. Formative, asymmetrische Zellteilungen für die Zelldifferenzierung erfordern die ungleichmäßige Verteilung von Zellmaterial auf die Tochterzellen und der zweite Teil dieses Projekts zielt auf die Identifizierung von Proteinen ab, die in den Mechanismus, mit dem Zellen physische Asymmetrie erzielen, involviert sind. Die Projekte basieren auf vorläufigen Ergebnissen und umfassen mannigfaltige Methoden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Dr. Dominique Bergmann