Eine Explosion erzeugen: Wie Wachstum und Spannung in explosiven Früchten zusammenwirken

• Antragstellerin: Dr. Angela Hay
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318879394

Die Saatgut-Dispersion ist ein physikalischer Prozess, bei dem Saatgut von einem Ort zum anderen bewegt wird. Und die Evolution hat eine Vielzahl von ausgeklügelten Anpassungen hervorgebracht, damit Pflanzen ihre Samen verteilen können. Vielleicht am faszinierendsten aus mechanischer Sicht sind die Früchte, die ihre eigene Sprengkraft erzeugen, um ihre Samen auszustoßen. Wir untersuchen diese Eigenschaft der explosiven Samenausbreitung bei dem Verwandten der Arabidopsis, Cardamine hirsuta. In diesem Projekt untersuchen wir, wie die für die Explosion erforderliche Spannung in der C. hirsuta Frucht aufgebaut wird. Wir haben bereits gezeigt, dass Spannung durch die differentielle Kontraktion von Geweben in der Fruchtklappe erzeugt wird. Eine aktive, äußere Gewebeschicht zieht sich zusammen, während eine nicht dehnbare, durch Lignin versteifte Innenschicht dies nicht tut. Zellen in der äußeren Exokarpgewebeschicht nutzen den Turgordruck, um sich in der Länge zusammenzuziehen, indem sie sich in andere Richtungen ausdehnen. Wir haben die Finite-Elemente-Modellierung verwendet, um zu zeigen, dass die Exokarp-Zellform und Anisotropie für diese Reaktion wichtig sind. Die spezifische Frage in Phase eins dieses Projekts war, wie Exokarp-Zellen diese Eigenschaften durch Wachstum erlangen können? Mit Hilfe der Bildgebung lebender Zellen und eines morphodynamischen Ansatzes quantifizierten wir kortikale Mikrotubuliorientierungen zusammen mit der Menge, Richtung und Dauer des Zellwachstums in der Exokarpschicht der C. hirsuta-Frucht. Unsere Ergebnisse zeigen ein ausgeprägtes Muster des zellulären Wachstums, das durch prädiktive Neuausrichtungen kortikaler Mikrotubuli unterstützt wird, die das zielgerichtete Wachstum in zwei Entwicklungsphasen aufteilen. Eine späte Phase des ausschließlich anisotropen Wachstums des Exokarps erzeugt die für die Kontraktion erforderliche Zellform und Anisotropie. Wir haben diese Informationen in ein 3D-Modell wachsender Zellen integriert, das die differentielle Kontraktion in explosiven Früchten von C. hirsuta nachahmen kann. In Phase zwei werden wir diese Methoden und Ergebnisse nutzen, um die Rolle der kortikalen Mikrotubuli bei der Erzeugung und Auflösung von Spannungen beim explosiven Wickeln und Drehen von C. hirsuta Fruchtventilen noch genauer zu verstehen.

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