Eine morphodynamische Studie über die Entwicklung des C. hirsuta-Blattes

• Antragsteller: Professor Dr. Miltos Tsiantis
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318879394

Blätter sind die wichtigsten photosynthetischen Organe von Samenpflanzen und weisen erhebliche Unterschiede in ihrer Form auf, was sie zu einem guten Modell für das Verständnis der Entwicklung und Vielfalt biologischer Formen macht. Die morphogenetische Grundlage für die Vielfalt der Blattformen ist jedoch wenig verstanden. Wir wollen diese Frage durch den Vergleich von C. hirsuta mit zusammengesetzten Blättern, bestehend aus einzelnen Fiederblättchen, und A. thaliana mit einfachen Blättern, die nur kleine Blattzähnchen tragen, beantworten. Vor kurzem haben wir mit Hilfe von Genetik, moderner Bildgebung und Computermodellierung ein wachstumsbasiertes Framework entwickelt, das erklärt wie genetische Unterschiede zwischen diesen Arten in Formunterschiede umgesetzt werden. Auf diese Weise konnten wir feststellen, dass ein kleines genregulatorisches Netzwerk des Transkriptionsfaktors CUP-SHAPE COTYLEDONS2 (CUC2), des Auxin-Efflux-Transporter PIN-FORMED1 (PIN1) und Auxin der iterativen Musterbildung von Blattzähnchen sowie Blattfiedern zugrunde liegt. In diesem Zusammenhang akzentuiert die Kombination von lokalen Wachstumsunterschieden, die durch die artspezifische Wirkung zweier verschiedener Homöobox-Gene verursacht werden, die Wachstumsunterschiede, die durch diesen CUC2-Musterungsmechanismus hervorgerufen werden, und unterliegt der Bildung von Blattfiedern anstelle von Blattzähnchen. Wir haben außerdem festgestellt, dass die regulatorische Diversifikation des CUC2-Paralogs CUC1, das redundant mit CUC2 agiert, auch zu diesen artspezifischen Unterschieden in der Blattform beiträgt und die Bildung von Blattfiedern in C. hirsuta fördert. Auf dieser Grundlage schlagen wir vor zu untersuchen, wie ChCUC1 in den obigen Rahmen integriert wird, um die Blattmorphogenese zu beeinflussen. Insbesondere werden wir bestimmen, wie ChCUC1 durch ausgewählte nachgeschaltete Gene wirkt, um Zellwachstum, Differenzierung, Zellproliferation und Wachstumsrichtung zu beeinflussen. Um diese Untersuchung zu unterstützen, werden wir genetische Mosaike verwenden, um den Grad und die Grundlage der Nicht-Zellautonomie ihrer verschiedenen Funktionen zu bewerten. Wir werden weiterhin Berechnungsansätze verwenden, um die resultierenden Informationen zusammenzufassen und Experimente zu leiten. Die Ergebnisse des Projekts werden (i) Informationen sein, die die Wirkungsweise vonCUC1 auf Zellenebene verdeutlichen, und (ii) mechanistisch fundierte Berechnungsmodelle, die die Wirkung von CUC1 auf die Blattform im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Regulatoren konzeptualisieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2581: Morphodynamik der Pflanzen