Arrested development - how do plants control fate transition timing ?

01/02/2024 to 31/01/2027

Pflanzen sind komplexe Organismen mit präzise organisierten Geweben. Die Zellen jedes Gewebes müssen spezielle Funktionen erfüllen. Daher unterliegen die Organisation und Zuordnung der Zellidentität in der Pflanze einer strengen Kontrolle. Ausgehend von einer naiven, stammzellähnlichen Identität durchlaufen die Zellen eine Reihe von Veränderungen, bevor sie sich differenzieren und ihre Aufgabe erfüllen, sei es die Photosynthese, der Transport (Gefäßzellen) oder der Gasaustausch (Spaltöffnungen). Wie Zellidentitäten zugewiesen werden und welche Faktoren die Zelldifferenzierung vorantreiben, ist Gegenstand zahlreicher Studien in der Pflanzen- (und Tier-) Forschung.



Für eine optimale Kontrolle und Koordination müssen die Zellen zum richtigen Zeitpunkt in das richtige Identitätsstadium übergehen. Bislang wissen wir nur wenig über die Mechanismen, mit denen die Pflanze den Identitätsfortschritt zeitlich steuert. Wie kontrolliert die Pflanze, wann der Schritt stattfinden kann? Mein Labor wird diese zeitliche Regulierung der Identitätsprogression untersuchen. Wir werden Entwicklungsverzögerungen nutzen, die ich im Arabidopsis-Embryo identifiziert habe, wo die Entwicklung von Stomata- und Gefäßzellen angehalten wird. Diese Verlangsamung ist überraschend, da die Faktoren, die wir mit dem nächsten Schritt in der Identitätsentwicklung in Verbindung bringen, manchmal bereits vorhanden sind. Und selbst als wir versuchten, die Entwicklung voranzutreiben durch zusätzliche Zuführung bekannter entwicklungstreibender Faktoren, waren die Zellen im Embryo immer noch nicht in der Lage, sich zu verändern. Dies zeigt, dass die Pflanze die Identitätsentwicklung zu ungeeigneten Zeitpunkten verhindert. Bislang wissen wir allerdings nicht, wie.



In diesem Projekt werden wir die Mechanismen untersuchen, mit denen die Pflanze die Entwicklung der Gefäß- und Stomatazellen während der Embryogenese steuert. Wir werden untersuchen, (1) welche Mechanismen den Zeitpunkt begrenzen, zu dem sich Zellen zu Stomatazellen entwickeln können, und (2) wie die Zelldifferenzierung im Embryo angehalten wird. Diese Forschung wird uns helfen, eine unerforschte Dimension der Pflanzenbiologie zu verstehen, und wird die Grundlage für künftige Studien bilden, die sich mit der zeitlichen Steuerung der Pflanzenentwicklung befassen. Sobald wir besser verstehen, wie die Pflanze das Timing auf zellulärer Ebene steuert, können wir mehr über die Koordination und Organisation während der Entwicklung erfahren.