Untersuchung von Mechanismen der Zellpolarität in Bezug auf Zellschicksal und Musterbildung während der Entwicklung von Vaskulatur und Spaltöffnungen in Arabidopsis

• Antragstellerin: Dr. Eva-Sophie Wallner
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438457603

Pflanzen sind komplexe Organismen mit verschieden spezialisierten Gewebetypen. Ein wichtiger Ursprung zellulärer Diversität sind asymmetrische Stammzellteilungen, die Tochterzellen mit unterschiedlichem Schicksal hervorbringen. Um asymmetrische Zellteilungen auszurichten und durchzuführen, wird Zellpolarität durch polare Lokalisierung bestimmter molekularer Regulatoren herbeigeführt, deren Funktionsweisen weitgehend unerforscht sind. Dieses Projekt soll klären wie Zellpolaritätsproteine 1) Zellteilungen und -schicksal innerhalb bestimmter Zelllinien regulieren, 2) selbst räumlich und zeitlich während des Wechsels der Zellidentität reguliert werden und 3) das Proteom spezifischer Plasmamembrandomänen bestimmen. Um diesen essentiellen Fragen innerhalb der Entwicklungsbiologie nachzugehen, werde ich Mechanismen der Zellpolarität in zwei unterschiedlichen, aber funktional voneinander abhängigen und lebenswichtigen Pflanzenorganen vergleichen, nämlich in Stomata und Vaskulatur. Stomata, auch Spaltöffnungen genannt, ermöglichen Gasaustausch mit der Umwelt, während die Vaskulatur alle Pflanzenzellen mit Wasser, Mineralien und Zucker versorgt. Meine ersten Experimente weisen darauf hin, dass ein polar lokalisiertes Protein und fundamentaler Regulator der Stomataentwicklung, genannt BREAKING OF ASYMMETRY IN THE STOMATAL LINEAGE (BASL), auch vaskuläre Zellteilungen reguliert. Innerhalb dieses Projektes werde ich durch genetische und histologische Analysen Bezüge zwischen BASL und anderen polar lokalisierten vaskulären Regulatoren, wie BREVIS RADIX (BRX), herstellen. Ein weiterer Aspekt meiner Arbeit wird die zeitliche und räumliche Kontrolle der BASL Proteinkonzentration innerhalb spezifischer Zelltypen sein. Indem ich ein pflanzliches Zellkultursystem nutze, plane ich erstmals Komponenten des BASL Abbaumechanismus zu identifizieren. Mit meinem dritten Ansatz möchte ich Pionierarbeit leisten, indem ich die polaren Plasmamembranproteome zweier unterschiedlicher Domänen kartiere und vergleiche. Diese Domänen werden einerseits durch BASL-BRX und andererseits durch ein von mir neu identifiziertes Protein markiert, welches sich sowohl in Stomatazellen als auch in Zellen der Vaskulatur an der Plasmamembran gegenüber von BRX befindet (anti-BRX). Indem ich diese polaren Marker mit einer etablierten Biotin-basierten Proximity labeling-Methode kombiniere, befinde ich mich in einer hervorragenden Ausgangsposition, um vollkommen neue Einblicke in Zellpolarität und Zellschicksal im Allgemeinen, sowie zelltypspezifische Unterschiede in der Entwicklung der Vaskulatur und Stomata im Speziellen zu erlangen. Da sowohl Stomata als auch die Vaskulatur Pflanzenwachstum grundlegend bestimmen, kann die Identifizierung gemeinsamer Mechanismen der Zellpolarität nicht nur Ausgangspunkt für meine eigene unabhängige Forschungsgruppe sein, sondern auch zur zukünftigen Ertragssteigerung in der Landwirtschaft beitragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Österreich, USA
• Gastgeberinnen / Gastgeber: Professorin Dr. Dominique Bergmann; Professor Dr. Liam Dolan