Analyse der Etablierung des pflanzlichen Leitgewebes

Der Übergang der Pflanzen von aquatischen zu terrestrischen Lebensräumen erfolgte vor ca. 430 Millionen Jahren. Dieser Schritt erforderte die Entwicklung von Strukturen spezialisiert für den Langstreckentransport von Assimilaten (Zuckern), Wasser und Närhstoffen und für mechanische Stabilität. Das Leitgewebe erfüllt diese Rollen und ist damit ein wesentliches Charakteristikum der Landpflanzen. Die für den Langstreckentransport spezialisierten Zelltypen bilden sich entweder aus Prokambium- oder Kambiumzellen, die der Ursprung von allen differenzierten Zelltypen des Leitgewebes sind. Im Hinblick auf seine wesentliche Bedeutung für das Pflanzenwachstum, für die Akkumulierung von Biomoasse und der Holzbildung und als Modell für das Studium der Regulation von Zellidentität, trägt ein detailiertes Verständnis der Leitgewebeetablierung entscheidend dazu bei, allgemeine Konzepte von Pflanzenwachstum und Entwicklung zu verstehen und gegebenenfalls zu modelieren. Innerhalb dieses Projektes wird das Transkriptom während der Prokambiumetablierung in Arabidopsis thaliana Embryos charakterisiert. Die ermittelten Daten werden anschießend mit ähnlichen Daten verglichen, die im Vorfeld dieses Projektes während der Kambiumformierung im Stängel erhoben wurden. Gene, die in beiden Datensätzen vorhanden sind, stellen gute Kandidaten für allgemeine Regulatoren der Leitgewebeidentität in Pflanzen dar. Funktionelle Studien zu einer Auswahl der hier identifizierten Gene und einer Auswahl von schon zuvor identifizierten Gene werden durchgeführt, um wesentliche Mechanismen der Etablierung von Leitgewebeidentität aufzudecken. Ziel dabei ist, unser Verständnis der Embryogenese, von Leitgewebeentwicklung und der Regulation von Zellidentität in Pflanzen zu erweitern. Parallel dazu wird die Rolle von MP/ARF5, eines Transkriptionsfaktors, der in der frühen Entwicklung des Leitgewebes innerhalb des Embryos beteiligt ist, genauer untersucht. Damit behandelt das vorliegende Projekt einen Prozess, der genetisch kaum zugänglich ist, falls keine vielversprechenden Kandidaten für beteiligte Regulatoren vorliegen. Ebensolche Kandidaten werden innerhalb des Projektes durch die beschriebenen Transkriptomcharakterisierungen ermittelt. Insgesamt erwarten wir, dass detailierte Erkenntnisse zu fundamentalen Prozessen der Pflanzenentwickung und der Determinierung von Zellidentität in vielzelligen Organismen gewonnen werden und langfristig Aspekte wie Holzproduktion, Langstreckentransport und Standfestigkeit von Nutzpflanzen positiv beeinflusst werden können.

Innerhalb dieses Projektes wurden Mechanismen der Etablierung des pflanzlichen Leitgewebes untersucht. Der Übergang der Pflanzen von aquatischen zu terrestrischen Lebensräumen erfolgte vor ca. 430 Millionen Jahren. Dieser Schritt erforderte die Entwicklung von Strukturen spezialisiert für den Langstreckentransport von Assimilaten (Zuckern), Wasser und Nährstoffen und für mechanische Stabilität. Das Leitgewebe erfüllt diese Rollen und ist damit ein wesentliches Charakteristikum der Landpflanzen. Die für den Langstreckentransport spezialisierten Zelltypen bilden sich entweder aus Prokambium- oder Kambiumzellen, die der Ursprung von allen differenzierten Zelltypen des Leitgewebes sind. Im Hinblick auf seine wesentliche Bedeutung für das Pflanzenwachstum, für die Akkumulierung von Biomasse und der Holzbildung und als Modell für das Studium der Regulation von Zellidentität, trägt ein detailliertes Verständnis der Leitgewebeetablierung entscheidend dazu bei, allgemeine Konzepte von Pflanzenwachstum und Entwicklung zu verstehen und gegebenenfalls zu modellieren.Während des Projektes wurden zunächst Gene identifiziert, die während kritischer Phasen der Etablierung des Leitgewebes aktiv sind. Diese Phasen waren die Embryogenese und die Formierung des vaskulären Kambiums. Zudem wurden Mechanismen charakterisiert, mittels denen das Phytohormon Auxin seinen Einfluss auf Kambiumaktivität ausübt. Hier wurden verschiedene Transktiprionsfaktoren aus der ARF Familie untersucht. Mehrere dieser Faktoren sind in Kambiumzellen aktiv und beeinflussen dort die Aktivität von Schlüsselgenen in positiver oder negativer Weise. Weiterhin konnte eine Verbindung zwischen ARF Transkriptionsfaktoren und eines weiteren hormonellen Signalwegs, der Strigolacton-Signaltransduktion aufgedeckt werden. In dem Zusammenhang konnte gezeigt werden, dass Strigolactone den Zuckertransport von den Blättern zu wachsenden Organen und Geweben, wie dem Kambium, regulieren. Durch die Aufdeckung einer Verbindung zwischen einem wachstumsregulierenden Hormon und der Verteilung von chemischer Energie im Pflanzenkörper, konnte somit ein entscheidendes Puzzleteil unserem Verständnis der Regulation von Pflanzenwachstum hinzugefügt werden.Insbesondere durch die Aufdeckung eines solchen Mechanismus bestehen nun neue Möglichkeiten, die Resourcenverteilung bei Nutzpflanzen zu beeinflussen ein entscheidender Aspekt für die Optimierung der Produktion von Nahrungsmitteln und für eine nachhaltige Landwirtschaft.