Bildung der Stammzellen des Sproßmeristems während der Arabidopsis Embryonalentwicklung

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Laux
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 421046375

Die Bildung pluripotenter Stammzellen ist ein wichtiger Schritt in der Entwicklung von Pflanzen und Tieren denn er schafft die Voraussetzung für lebenslange Bildung von neuen Zellen und Geweben. Während aber die Regulation der Stammzellerhaltung sehr genau untersucht ist, besitzen wir relative wenig Wissen über die Bildung von Stammzellen während der Embryogenese. In höheren Pflanzen liefern die Stammzellen des Sproßmeristems die Zellen für die lebenslange Bildung von Blättern, Zweigen und Blüten. In unseren Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass die Entstehung dieser Stammzellen von dem WOX2 Transkriptionsfaktor kontrolliert wird, zum Teil durch die Regulation des Gleichgewichts zwischen den Pflanzenhormonen Zytokinin und Auxin. Wir haben vor kurzem gefunden, daß WOX2 zum Zeitpunkt der Stammzellbildung nur in der äußersten Zellschicht exprimiert wird. Das legt nahe, dass WOX2 über einen Signalweg die darunterliegenden Zellen programmiert, Stammzelle zu werden. Schließlich haben wir Proteininteraktoren von WOX2 isoliert die Aufschluss darüber geben können, wie WOX2 Stammzellen initiiert. Diese Vorarbeiten bieten die einzigartige Möglichkeit die molekularen Mechanismen die die Bildung der Sproßmeristemstammzellen regulieren, zu entschlüsseln. Das Ziel dieses Vorhabens ist es verstehen zu lernen wie der Transkriptionsfaktor WOX2 die Stammzellbildung im Arabidopsisembryo kontrolliert. Zunächst wollen wir die direkten Zielgene von WOX2 bei der Stammzellbildung identifizieren und deren Funktion charakterisieren. Das zweite Ziel ist es, die Hypothese zu testen, dass WOX2 als epigenetischer Regulator fungiert. Das dritte Ziel ist es aufzuklären ob WOX2 Stammzellen über einen Signalmechanismus initiiert, oder ob das epigenetische Gedächtnis der Zellen eine Rolle spielt. Schließlich wollen wir anhand von bereits isolierten Proteininteraktoren untersuchen, welche Proteinkomplexe WOX2 zur Stammzellbildung befähigen. Um diese Fragestellungen zu bearbeiten werden wir genetische, biochemische und molekularbiologische Methoden einsetzen. Wir haben bereits umfangreiche Vorarbeiten geleistet, so dass mit den Experimenten ohne Verzögerung begonnen werden kann.Wir erwarten, daß dieses Vorhaben einen signifikanten Fortschritt für unser Verständnis der Bildung von Sproßmeristemstammzellen in Arabidopsis leisten wird. Da verwandte WOX Transkriptionsfaktoren auch Stammzellen in der Wurzel und in den Leitgeweben regulieren und da Stammzellregulation durch WOX Faktoren zumindest innerhalb der höheren Pflanzen konserviert ist erwarten wir, daß unsere Ergebnisse auch zum Verständnis der Stammzellbildung in Pflanzen allgemein wichtige Erkenntnisse liefern. Zusätzlich zur Klärung eines fundamentalen Entwicklungsprozessen, gehen wir davon aus, dass unsere Ergebnisse in bereits vorhandenen internationalen Zusammenarbeiten auch zu Fortschritten bei der Pflanzenregeneration in der Agrar- und Forstwirtschaft führen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen