V-Morph_Die Erforschung der mechanischen Regulierung der lokalen Variabilität in Pflanzenorganen und deren Einfluss auf die Reproduzierbarkeit von wachsenden Strukturen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Arezki Boudaoud; Dr. Olivier Hamant; Professorin Dr. Dorota Kwiatkowska; Dr. Richard S Smith
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 355722357

Ein signifikanter Verlust in der Landwirtschaft wird durch für Pathogenangriffe anfällige Pflanzenkulturen oder variablen Umweltbedingungen verursacht. Darüber hinaus erfordern die Agrarindustrie und der Endmarkt oft sehr homogene Kulturen. Dies wirft das Problem der Widerstandsfähigkeit auf: Wie produziert man robuste und homogene Pflanzen? Hier adressieren wir die entsprechende Schlüsselfrage in der Entwicklungsbiologie: Wie bilden sich Pflanzenorgane mit konsistenten Größen und Formen angesichts störender interner und externer Einflüsse? Mit unserem interdisziplinären Team wollen wir den scheinbaren Gegensatz zwischen hochvariablen Pflanzenzellen und robusten Organen lösen.Die bisherige Forschung konzentrierte sich auf Mutanten und auf organbeeinflussende Bedingungen, welche die Entdeckung einer großen Anzahl von Regulatoren ermöglicht hat. Allerdings haben die meisten Analysen nur durchschnittliche Verhaltensweisen berücksichtigt. Hier nehmen wir einen orthogonalen Ansatz an: Wir suchen Mutanten mit erhöhter Variabilität in Organgröße oder -form. Da Pflanzen viele Blumen produzieren, können wir Variabilität bereits innerhalb eines einzelnen Organismus finden. Dafür haben wir das abaxiale Sepal (Kelchblatt) ausgewählt. Dies ist das äußerste blattähnliche Blumenorgan und leicht zugänglich für Mikroskopie und Mikromanipulation.Basierend auf unserer bisherigen Arbeit schlagen wir vor, dass Gewebemechanik und die Wahrnehmung von mechanischer Belastung (Mechanosensing) die Schlüsselregulatoren der Organvariabilität sind, da die Morphogenese von der mechanischen Kontrolle des Wachstums abhängt und weil die mechanische Belastung von Organgröße und -form abhängt. Wir werden diese Hypothese in Arabidopsis thaliana testen. Unsere Hauptziele sind (i) die Untersuchung der räumlichen und zeitlichen Variabilität in der Morphogenese von Sepals, unter Berücksichtigung des Wachstums und seiner Einflussgrössen, (ii) die Identifizierung und Charakterisierung von Genen, die die Variabilität regulieren. Dies wird durch ein gerichtetes Screening erfolgen um Mutanten zu finden, die die Zellwand, Pflanzenhydraulik und Mechanosensing beeinflussen, und (iii) die Integration und das Testen entsprechender Mechanismen in mechanischen Modellen mit Fokus auf lokale mechanische und genetische Störungen der Sepals.Insgesamt untersuchen wir mit unserem Projekt eine zentrale Frage in der Entwicklungsbiologie, welche auch für die Ernährungssicherheit relevant ist, insbesondere im Zusammenhang mit zunehmenden klimatischen Schwankungen. Zunächst werden wir molekulare Regulatoren der Robustheit der Blütenorgane isolieren und charakterisieren. Durch Überexpression dieser Regler in Pflanzen werden wir untersuchen, ob diese mehr gleichförmige Organe ausbilden. Ausserdem werden wir biophysikalische Messungen im Rahmen der Pflanzenbiologie entwickeln, welche auch in Problemen wie Fruchtfestigkeit, Biomaterialeigenschaften oder biomechanische Belastbarkeit Anwendungen finden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich, Großbritannien, Polen
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency; Narodowe Centrum Nauki (NCN)