Zellwand-assoziierte Signalprozesse in Arabidopsis thaliana

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Wolf
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 238311507

Auf welche Weise die Entwicklung komplexer multizellulärer Organismen durch koordinierte Zellteilung, Differenzierung und Wachstum gewährleistet wird, ist eine fundamentale biologische Fragestellung. In tierischen Organismen kommt der extrazellulären Matrix (ECM) eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung von Stammzellpopulationen und der Spezifizierung von Zellidentitäten zu. Die starre, aber dynamische ECM von Pflanzenzellen, die Zellwand, ist der bestimmende Faktor für die pflanzliche Morphogenese. Man nimmt an, dass der Zustand der pflanzlichen Zellwand durch Oberflächenrezeptoren kontrolliert wird, um das zelluläre Wachstum zu kontrollieren, aber auch um auf äußere Einflüsse reagieren zu können. Jedoch ist nur sehr wenig darüber bekannt, wie Zellwandeigenschaften wahrgenommen werden, wie Signale ins Innere der Zelle weitergeleitet werden und wie Zellwand-assoziierte Signalprozesse mit der Regulation der pflanzlichen Entwicklung verbunden sind. Basieren auf unseren jüngsten Erkenntnissen, gehen wir davon aus, das Zellwand-vermittelte Signalprozesse eine gewichtige Rolle während der Entwicklung durch die Einflussnahme auf die Regulation der Zellidentität spielen. Ein von uns entdeckter Signalweg verbindet basierend auf dem Rezeptorähnlichen Protein RLP44 die Zellwand mit zwei bereits bekannten Signaltransduktionskaskaden, namentlich Brassinosteroid (BR) und Phytosulfokin (PSK) signaling. RLP44 kann sowohl den BR- als auch PSK-Signalweg aktivieren, indem es mit dem jeweiligen Rezeptorkomplex interagiert und dessen Aktivität fördert. Interessanterweise konnten wir zeigen, dass der von RLP44 abhängige PSK-Signalweg essentiell für die Aufrechterhaltung prokambialer Zellidentität in der Wurzel ist, eine bisher unentdeckte Funktion dieses Signalwegs. Ähnlich wie RLP44 Mutanten weisen Mutanten in PSK Signalweg oder Biosynthese ektopische Xylemzellen in prokambialer Position auf. Basierend auf diesen Vorarbeiten, wollen wir vor allem zwei Fragestellungen bearbeiten. Erstens: Wie kontrolliert das BRI1-RLP44-PSK Modul die prokambiale Identität? Hier möchten wir aufgrund umfangreicher Hinweise die Hypothese testen, das der PSK-Signalweg zumindest zum Teil durch die Kontrolle der Proteintranslation wirkt. Zudem wollen wir herausarbeiten, in welcher Beziehung PSK signaling zu den bereits bekannten Regulatoren prokambialer Identität, insbesondere Auxin und Zytokinin, steht. Zweitens: Hat die RLP44-vermittelte Wahrnehmung von Zellwandeigenschaften direkten Einfluss auf die intrazelluläre Netzwerke, die Wachstum und Entwicklung steuern? Um diese Frage zu beantworten, planen wir auf dem Befund aufzubauen, dass RLP44 direkt an die Zellwand bindet, indem wir die Auswirkung dieser Bindung auf die von RLP44 beeinflussten Signalprozesse sowie auf die beteiligten Proteininteraktionen in den jeweiligen Rezeptorkomplexen studieren.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen