Interzelluläre Signalprozesse in der Entwickung des Metaphloems

• Antragsteller: Dr. Moritz Graeff
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 327627339

Pflanzen entwickelten im Laufe ihrer Evolution ein komplexes Gefässsystem, dass den Austausch von Wasser, Nährstoffen und Signalmolekülen zwischen den einzelnen Pflanzenteilen ermöglicht. Innerhalb dieses Gefässsystems erlaubt das Phloem den gerichteten Transport von Zucker und Signalmolekülen. Phloemzellen werden von den Stammzellen der apikalen Meristeme in Wurzel und Spross gebildet. Wozu sich eine Zelle differenziert hängt stark von dem Gewebe ab in dem sie sich befindet. Wie solche Positionsinformationen erzeugt, vermittelt und wahrgenommen werden ist eine der Schlüsselfragen der Entwicklungsbiologie.Es gibt zwei verschiedene Arten von Phloemgeweben die auf die gleichen Stammzelllinien zurückgehen. Das Protophloem ist wichtig für den Transport zu den meristematischen Zonen. Der zweite Phloemtyp, das Metaphloem, ist das Haupttransportgewebe für den Langstrecken Transport von Zuckern und Signalmolekülen innerhalb der Pflanze. Einige der Faktoren welche die Entwicklung des Protophloems kontrollieren konnten in den letzten Jahren identifiziert werden. Interzelluläre Signalpeptide spielen hierbei eine wichtige Rolle. Wie diese verschiedenen Faktoren interagieren und sich gegenseitig beeinflussen ist jedoch nur ansatzweise verstanden. Über die Entwicklung des Metaphloems ist bislang fast nichts bekannt. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung des Metaphloems in den Wurzeln von Arabidopsis thaliana zu beschreiben und beteiligte Faktoren zu identifizieren. Der erste Schritt dieses Projekts ist eine umfassende histologische Charakterisierung dieses Gewebes in den Wurzeln von Wildtyppflanzen und Mutanten mit Defekten in der Phloementwicklung.Beide Phloemstränge gehen auf die gleichen Vorläuferzellen zurück. Das Protophloem differenziert anschliessend rasch weiter, während sich die Entwicklung des Metaphloems verzögert. Aus dem Protophloem stammende Signale hemmen eventuell die Ausdifferenzierung des Metaphloems. Um diese Hypothese zu testen werde ich sowohl die Effekte von Signalpeptiden als auch die von einer gestörten Zellkommunikation auf die Metaphloementwicklung untersuchen. Es ist zvermuten, dass ähnliche Mechanismen wie im Protophloem die Entwicklung des Metaphloems regulieren. Ich werde daher die Rolle von Homologen bekannter Faktoren in der Metaphloementwicklung untersuchen.Außerdem werde ich mutagenisierte Keimlinge auf Metaphloem Entwicklungsdefekte untersuchen um Gene zu identifizieren die in der Kontrolle dieses Prozesses eine Rolle spielen.Insgesamt soll das Projekt zu einem besseren Verständnis des Metaphloems und seiner Entwicklung führen. Ich plane sowohl gezielt bestimmte Faktoren zu charakterisieren als auch ungezielte Versuche durchführen um neue Faktoren zu finden, welche die Metaphloementwicklung steuern und so die zugrundeliegenden regulatorischen Netzwerke zu verstehen. Zusätzlich werden neue Erkenntnisse über interzelluläre Kommunikation der Wurzel und die Entwicklungsprozesse von Pflanzen im Allgemeinen gewonnen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Gastgeber: Professor Dr. Christian Hardtke