Explosive Samenausbreitung bei Cardamine hirsuta

• Antragstellerin: Dr. Erin Cullen
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462403708

Anpassungen zum Zwecke der Dispersion sind in der Natur allgegenwärtig. Die Pflanzen haben viele und vielfältige Möglichkeiten zur Verbreitung ihrer Samen ausgebildet, vom Fallschirm der gefiederten Löwenzahnsamen bis hin zu den explodierenden Früchten von Cardamine hirsuta. Die explosionsartige Samenausbreitung bei C. hirsuta ist eine schnelle Bewegung, bei der elastische potentielle Energie in der Frucht gespeichert, als kinetische Wickelenergie freigesetzt und übertragen wird, um die Samen auszubringen. Diese Bewegung ist so schnell, dass Hochgeschwindigkeitskameras erforderlich sind, um die Explosion zu sehen - die Samen werden in etwa einer halben Millisekunde von null auf zehn Meter pro Sekunde beschleunigt! Es wurden zelluläre Veränderungen identifiziert, die für die Erzeugung und den schnellen Abbau von Spannungen in der explodierenden Frucht verantwortlich sind. Es ist jedoch unbekannt, wie die kinetische Energie im Wicklungsventil auf die Samen übertragen wird. Auf der Grundlage von computergestützten Modellierungen wurde die Hypothese aufgestellt, dass ein viskoelastischer "Klebstoff" für eine vorübergehende Adhäsion zwischen dem Ventil und den Samen sorgt und den Samenauswurf bestimmt. In meinem Projekt werde ich die genetische Grundlage des Samenausstoßes untersuchen und meine Erkenntnisse mit diesem viskoelastischen Modell verknüpfen. Darüber hinaus werde ich untersuchen, wie der Samenauswurf und die Samenausbreitung bei einer flugunfähigen (fli) Mutante gestört wird, bei der der Samenauswurf oft erfolglos bleibt. Ich werde vier Ziele verfolgen: (1) Charakterisierung der fli-Mutante in C. hirsuta und Identifizierung des verantwortlichen Gens, (2) Bestimmung der Expression und Funktion des FLI-Genprodukts und wie es mit dem Modell der viskoelastischen Samenausbringung zusammenhängt, (3) Analyse der fli-Samenausbreitung im Freiland und ihre Umweltreaktion, (4) Vergleich der FLI-Genfunktion in A. thaliana, bei der die Samenausbreitung nicht explosionsartig ist. Mit Hilfe dieses integrierten Ansatzes werde ich die genetischen und morphologischen Grundlagen der Samenausbringung identifizieren und sie in einen Umweltkontext stellen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle