Analyse regulatorischer Netzwerke in der Kontrolle von Blattepidermiszell-Morphogenese
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Formbildung pflanzlicher Zellen beruht auf einem komplexen Zusammenspiel zwischen extrazellulären Zellwänden, intrazellulären Zytoskelettelementen und der Plasmamembran. Die präzise Koordination dieser Komponenten orchestriert die vielfältigen Morphologien, die für die Gewebefunktion entscheidend sind. In vielen Pflanzenarten sind die Epidermiszellen der Blätter durch komplexe Puzzle-artige Formen mit abwechselnden Ausbuchtungen und Vertiefungen in ihren antiklinen Zellwänden gekennzeichnet, die sich aus einfach geformten Zellen entwickeln. Das Verständnis der Mechanismen, die der Morphogenese von Epidermiszellen als Beispiel für anisotropes Wachstum zugrunde liegen, ist daher von großem Interesse in der Entwicklungsbiologie. In Vorarbeiten identifizierten wir Mitglieder der pflanzenspezifischen IQ67-Domänen (IQD) Protein-Familie als neuartige Regulatoren der Blattepidermis-Zellform in Arabidopsis thaliana. IQDs weisen Merkmale von zellulären Gerüstproteinen auf, die Funktionen in makromolekularen Komplex-Assemblierungen am Mikrotubuli-Zytoskelett haben. Die Zusammensetzung und Architektur von IQD-assemblierten Komplexen und ihre Funktionsweisen sind jedoch weitgehend unbekannt. In diesem Projekt identifizierten wir Kinesin Light Chain-Related (KLCR) Proteine, auch als Cellulose Microtubule Uncoupling (CMU) bezeichnet, als in planta Interaktoren von IQDs und zeigten, dass IQD2-KLCR1-Module die Morphogenese von Epidermiszellen steuern. Unter Verwendung von Mucilage in Samen als Modell zur genetischen Analyse der Zellwandzusammensetzung entdeckten wir Funktionen von IQD9-KLCR1 bei der Orchestrierung der Zellulosedeposition. Wir zeigten weiterhin, dass die Funktionen von IQDs in der Formregulation in verschiedenen Arten konserviert sind, wie durch Defekte in Zell- und Fruchtformen in Tomatenmutanten mit veränderter IQD-Expression belegt wird. Diese Funktionen umfassen Interaktionen mit MAP70-Proteinen, die möglicherweise eine differenzielle Gewebe- und Entwicklungssteuerung des Mikrotubuli-Zytoskeletts erleichtern. Zusammenfassend haben wir das Verständnis von IQD-assemblierten Komplexen durch die Identifizierung neuer Interaktoren erweitert und erste mechanistische Einblicke in zelluläre Funktionen in der Mikrotubuli-Organisation und Zelluloseablagerung gegeben. Unsere Ergebnisse bieten einen Rahmen für zukünftige mechanistische Studien zur Aufklärung der molekularen Struktur von IQD-assemblierten Komplexen und, allgemeiner, zur Identifizierung von Prinzipien, die der Formgebung bei Pflanzen zugrunde liegen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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User-friendly assessment of pavement cell shape features with PaCeQuant: Novel functions and tools. Methods in Cell Biology, 349-363. Elsevier.
Poeschl Y.; Möller B.; Müller L. & Bürstenbinder K.
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The Morphological Diversity of Plant Organs: Manipulating the Organization of Microtubules May Do the Trick. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 9.
Bao, Zhiru; Xu, Zhijing; Zang, Jingze; Bürstenbinder, Katharina & Wang, Pengwei
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Microtubule‐associated IQD9 orchestrates cellulose patterning in seed mucilage. New Phytologist, 235(3), 1096-1110.
Yang, Bo; Stamm, Gina; Bürstenbinder, Katharina & Voiniciuc, Cătălin
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Microtubule-associated protein SlMAP70 interacts with IQ67-domain protein SlIQD21a to regulate fruit shape in tomato. The Plant Cell, 35(12), 4266-4283.
Bao, Zhiru; Guo, Ye; Deng, Yaling; Zang, Jingze; Zhang, Junhong; Deng, Yingtian; Ouyang, Bo; Qu, Xiaolu; Bürstenbinder, Katharina & Wang, Pengwei
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Origin and Evolution of IQD Scaffolds and Assembled Protein Complexes in Plant Cell Division.
Dahiya, Pradeep; Haluška, Samuel; Buhl, Jonas; Kölling, Malte; Papsdorf, Sven; Zehnich, Daniela; Machalett, Klara; Pfeiffer, Pauline; Stamm, Gina; Potocký, Martin & Bürstenbinder, Katharina
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Quantitative Analysis of Microtubule Organization in Leaf Epidermis Pavement Cells. Methods in Molecular Biology, 43-61. Springer US.
Klemm, Sandra; Buhl, Jonas; Möller, Birgit & Bürstenbinder, Katharina
