Analyse von Organidentitäten in Blüten auf der Ebene einzelner Zellen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Kerstin Kaufmann
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438774542

Zellen in vielzelligen Organismen besitzen normalerweise dieselbe genetische Information, weisen jedoch eine erstaunliche Variation in Form und Funktion auf. In Pflanzen laufen die meisten Entwicklungsprozesse postembryonal ab, ausgehend von Stammzellenpopulationen, die sich in Meristemen befinden. Nach dem Beginn der reproduktiven Phase produziert das Sprossapikalmeristem in Arabidopsis Blütenmeristeme, die vier Arten von Organen ausbilden: Kelchblätter, Kronblätter, Staubblätter und Fruchtblätter. Frühere Forschungen haben wichtige Transkriptionsfaktoren identifiziert, die die Organspezifikation und -differenzierung steuern. Ihre zelltypspezifischen Funktionen sind jedoch noch nicht ausreichend bekannt. In diesem Projekt werden wir Techniken der Einzelzell- und Zelltyp-spezifischen Genomik mit gezielten Promotoranalysen kombinieren. Ziel ist es, die grundlegende molekulare Struktur für die zelluläre Differenzierung in Blüten zu entschlüsseln, einschließlich der Charakterisierung der wichtigsten Zelltypen, ihrer Entwicklungswege und der Charakterisierung zelltypspezifischer Regulons. Insbesondere werden wir die mRNA-Expression auf der Ebene einzelner Zellen in Wildtyp-Blüten und und homöotischen Mutanten messen. Um die Klassifizierung von Zelltypen zu erleichtern, werden wir zusätzlich mRNA-seq in spezifischen GFP-markierten Zellpopulationen einsetzen. Die Einzelzell-RNA-seq-Daten werden die Vorhersage neuer zelltyp-spezifischer Markergene ermöglichen, die mit speziellen Reportergenanalysen in planta analysiert werden. In einem komplementären Ansatz werden wir die Aktivität von cis-regulatorischen Regionen unter Verwendung von Einzelzellen-ATAC-seq analysieren. Wir werden scATAC-seq-Datensätze für Wildtyp- und homöotische Mutantenlinien generieren und die Daten durch ATAC-seq-Daten aus sortierten Zellpopulationen ergänzen. Auf diese Weise erhalten wir Datensätze, die direkt mit den Daten der Einzelzell-RNA-Sequenzierung verglichen und integriert werden können. Damit können Kombinationen von regulatorischen Elementen identifiziert werden, die zelltypspezifische Genexpressionsmuster steuern. Diese können dann in planta mittels Reportergenanalyse in der Entwicklung von Blütenmeristemen und Blütenorganen validiert werden. Der hier vorgeschlagene Forschungsplan wird unser Verständnis der Organspezifikation in Blüten auf ein neues Niveau bringen, da wir in der Lage sein werden, zell- und organspezifische Aktivitäten homöotischer Transkriptionsfaktoren zu analysieren und die entsprechenden regulatorischen Module vorherzusagen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen