A protodermal miR394 signal defines a region of stem cell competence in the Arabidopsis shoot meristem

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Laux
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 239011438

Pflanzen sind auf Grund von Stammzellen in ihren Meristemen in der Lage während ihrer gesamten Entwicklung, die in extremen Fällen bis zu tausend Jahre dauern kann, neue Organe zu bilden. Die Aufklärung der Mechanismen die Meristemaktivität regulieren ist deshalb entscheidend um Pflanzenwachstum zu verstehen. Für ein kontinuierliches Wachstum muß die räumliche Organisation des Sproßmeristems, das alle Sproßorgane bildet, aufrecht erhalten werden, obwohl sich alle Meristemzellen teilen und differenzierende Zellen das Meristem verlassen. Die Stammzellnische liegt an der Spitze des Meristems, während angrenzende Zellen differenzieren. Das Sproßmeristem repräsentiert damit ein fundamentales Problem in der Entwicklungsbiologie, die Erhaltung einer funktionalen räumlichen Organisation innerhalb einer sich teilenden Zellpopulation.In genetischen Mutantenscreens wurden bislang keine Faktoren identifiziert, welche die Stammzellidentität an die Spitze des Sproßmeristems verankern, vermutlich auf Grund genetischer Redundanz. Um dieses Problem zu überwinden, haben wir mehrere genetische Enhancer und Suppressorscreens als Vorarbeiten zu diesem Antrag durchgeführt. Wir entdeckten durch die Charakterisierung einer der von uns isolierten neuen Mutanten, daß das Protoderm (die äußere Zellschicht des Sproßmeristems) als bislang nicht bekannte Signalquelle bei der Stammzellregulation dient. Die Protodermzellen produzieren die mikroRNA miR394, die sich in einem Gradienten über die darunter liegenden Zellen ausbreitet, wo sie die RNA des F-Box Proteins LCR inhibiert. Diese Inhibition ist notwendig damit Stammzellen auf den Transkriptionsfaktor WUSCHEL (WUS) reagieren können, der aus den Zellen unterhalb in die Stammzellen wandert und Pluripotenz vermittelt. Eine wichtige Konsequenz unserer Ergebnisse ist, daß das Protoderm als stabile Signalquelle für positionale Information dienen kann, selbst wenn sich seine Zellen teilen und durch andere ersetzt werden. The Interaktion zweier Signalzentren von entgegengesetzten Seiten der Stammzellnische liefert ein völlig neues Konzept dafür wie Stammzellkompetenz in den distalen Meristemschichten verankert wird.Das Ziel dieses Projekts ist es, die molekularen Mechanismen zu entschlüsseln durch die der miR394 Signalweg die Stammzellkompetenz reguliert. Wie werden die räumlichen, zeitlichen, und konzentrationsabhängigen Parameter der miR394 Funktion untersuchen, miR394 in die Netzwerke der Meristemregulation integrieren, und die molekular Funktion des LCR Proteins untersuchen, durch die Stammzellen inhibiert werden.. Die Ergebnisse dieses Projekts werden in Zusammenarbeit mit Prof. Fleck (Wageningen) auch in mathematische Modelle der Meristemregulation eingebaut. Dieses Projekt adressiert nicht nur einen grundlegenden und neuen Mechanismus der Stammzellregulation, sondern wird auch zu unserem Verständnis der Regeneration von Nutzpflanzen beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr. Jörn Dengjel