Aufklärung der Funktionen einer GTPase-regulierenden Proteinfamilie bei der Initiierung und Regulation des Spitzenwachstums in Wurzeln

• Antragsteller: Professor Dr. Guido Grossmann
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440951825

Die Vielfalt der Zellformen unter Eukaryoten hängt von der Fähigkeit der Zellen ab, polare Wachstumsachsen zu definieren und die Geschwindigkeit der Zellexpansion zu regulieren. Die gegenseitige Abhängigkeit von Form und Funktion zeigt sich insbesondere bei Zellen, die mittels gerichtetem Wachstum in ihre Umgebung eindringen können. Um eine neue Wachstumsspitze zu initiieren, konzentrieren die Zellen ihre Ressourcen und maximieren die mechanischen Kräfte an einer begrenzten Stelle an der Plasmamembran. Ein solches polarisiertes Wachstum ist bei Eukaryoten ein weitverbreitetes Merkmal und lässt sich zum Beispiel bei Pilzhyphen, neuronalen Axonen und pflanzlichen Pollenschläuchen und Wurzelhaaren beobachten. Während zahlreiche Komponenten und Regulatoren des polarisierten Wachstums in verschiedenen Zelltypen und Organismen identifiziert wurden, müssen noch grundlegende Fragen beantwortet werden, z. B. wie die Position einer polaren Domäne definiert wird, wie die Wachstumsmaschinerie zusammengesetzt wird oder wie das Spitzenwachstum initiiert, geregelt und letztendlich kontrolliert abgeschlossen wird.Um die Mechanismen der Zellmorphogenese in Pflanzen aufzuklären, untersuchen wir die Bildung von Wurzelhaaren, spitzenwachsenden Strukturen der Trichoblastenzellen, einem Zelltyp der Wurzelepidermis. Wurzelhaare helfen Pflanzen, Wasser und Mineralstoffe aus dem Boden zu extrahieren, die Wurzel zu verankern und mit Mikroben in der Rhizosphäre zu interagieren.In diesem Projekt konzentrieren wir uns auf die Proteinfamilie der wachstumsregulierenden RopGEFs und ihre Funktionen während der Zellpolarisation und der Regulation des Spitzenwachstums. RopGEFs sind dafür verantwortlich, molekulare Schalter, sogenannte ROP-GTPasen, zu aktivieren, die intra- und extrazelluläre Signale integrieren, um die Wachstumsmaschinerie zu modulieren. Wir konnten kürzlich zeigen, dass die polare Assoziation von RopGEFs mit der Plasmamembran über verschiedene Stadien der Wurzelhaarentwicklung hinweg spezifisch zeitlich gesteuert wird: Einige Mitglieder der Proteinfamilie sind an der Markierung der Auswuchsstelle beteiligt, während andere nach Beginn des Wachstums eine regulierende Funktion einnehmen. Hier wollen wir die Mechanismen untersuchen, die dieser zeitlichen Zuordnung und polaren Aktivität zugrunde liegen, sowie die verschiedenen Funktionen aufklären, die von unterschiedlichen RopGEFs ausgeübt werden. Die Ergebnisse dieser Studie sollen zu einem besseren Verständnis der Zellmorphogenese und der Entstehung von spitzenwachsenden Strukturen in Pflanzenzellen führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen