ENTSCHLÜSSELUNG DER PROTEIN MASCHINERIE ZUR MUSTERUNG DER ZELLWAND IN DER VASKULATUR VON PFLANZEN

• Antragsteller: Dr. Rene Schneider
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453188536

Pflanzen sind die größten Lebewesen der Erde, eine Eigenschaft, die durch das wassertransportierende Xylem in ihrem Gefäßsystem unterstützt wird. Dieses Gewebe war der Schlüssel für die Entwicklung des Lebens an Land. Das Xylem besteht aus einem Netzwerk von Hohlzellen die den Wassertransport ermöglichen und für Stabilität sorgen. Während alle Pflanzenzellen von flexiblen, primären Zellwänden umgeben sind, werden Xylemzellen durch eine zusätzliche, sekundäre Wand verstärkt. Diese ordnet sich zu komplexen räumlichen Wandmustern an. Welchen Vorteil diese Muster bieten, ist ungeklärt.Mikrotubuli sind zur Entwicklung komplexer Wandmuster in Xylemzellen notwendig. Sie bilden die Vorlage, auf derer die Ablagerung des Wandmaterials erfolgt. Die Forschung zur Rolle der Mikrotubuli während der Wandablagerung hat sich bislang auf die Primärwände konzentriert, wo jedoch weder gemusterte Mikrotubuli-Netzwerke noch Zellwände vorkommen. Daher ist für sekundäre Wände nicht bekannt, was die Musterung des Mikrotubuli-Netzwerks hervorruft, wie Mikrotubuli-assoziierte Proteine diesen Prozess unterstützen und wie die Netzwerke für den Vesikeltransport genutzt werden. In diesem Antrag soll mit Hilfe von in-vivo, in-vitro und in-silico Methoden untersucht werden, welche Proteine der Strukturierung des Mikrotubuli-Netzwerks zugrunde liegen.Die Beobachtung von sich entwickelnden Xylemzellen wurde bis vor kurzem durch deren Lage im Tiefengewebe erschwert. In diesem Antrag wird ein ausgeklügeltes genetisches System in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana verwendet, dass es ermöglicht, alle Zellen der Pflanze in Xylemzellen umzuprogrammieren. Insbesondere für die Zellen der Epidermis ergibt sich damit die einzigartige Möglichkeit mittels hochauflösender Lebendzellmikroskopie die Entwicklung von Xylemzellen zu beobachten. Diese und andere Methoden werden verwendet, um die Faktoren zu entschlüsseln, die der Bildung gemusterter Mikrotubuli-Netzwerke zugrunde liegen. Dazu wird eine vielversprechende Auswahl von Plasmamembran- und Mikrotubuli-assoziierten Proteinen untersucht, welche während der Xylem-Bildung vermehrt vorkommen.Zusätzlich wird ein in-vitro-Ansatz verfolgt, der auf die Rekonstituierung von Xylem-spezifischen Membran- und Mikrotubuli-assoziierten Proteinen auf künstlichen Lipid-Doppelschichten und Glasoberflächen abzielt. Diese Versuche werden auf Einzelmolekülebene mit Hilfe der TIRF-Mikroskopie durchgeführt, was der Entschlüsselung der molekularen Grundlagen der Musterbildung dient. Schließlich zielt dieser Antrag darauf ab, in-vivo- und in-vitro-Daten in Computersimulationen zusammenzuführen, um die Musterung der Plasmamembran, der Mikrotubuli-Netzwerke und folglich der Zellwände besser zu verstehen. Dieser kombinierte Ansatz bietet eine einzigartige Möglichkeit, Einblicke in die zellbiologischen, biophysikalischen und damit funktionellen Prinzipien zu gewinnen, die der Bildung von gemusterten Zellwänden im pflanzlichen Gefäßsystem zu Grunde liegen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen