THERMO-ROOT - Eine mechanistische Analyse der Wurzelthermomorphogenese in Arabidopsis thaliana

• Antragsteller: Professor Dr. Marcel Quint
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520299173

Die Thermomorphogenese beschreibt den Effekt der Umgebungstemperatur auf die pflanzliche Morphogenese. Generell stimulieren moderat erhöhte Temperaturen z.B. das Wachstum über Spezies und Gewebe hinweg. Aus ökophysiologischer Perspektive verbessert Thermomorphogenese im Sprossgewebe die transpirative Blattkühlung, die es Pflanzen ermöglicht, auch bei hohen Umgebungstemperaturen effizient Photosynthese zu betreiben. Während Thermomorphogenese im Spross bereits recht gut auf physiologischer und mechanistischer Ebene verstanden ist, fehlt ein solches grundlegendes Verständnis für thermomorphogenetische Prozesse in der Wurzel. Da hohe Temperaturen und Trockenheit oft zusammen auftreten, könnte die Förderung des Wurzelwachstums es der Pflanze ermöglichen, schneller in tiefere Bodenregionen vorzustossen, um bei Trockenheit eher wieder an Wasser zu gelangen. Unsere vorläufigen Daten zeigen, dass Wurzeln in der Lage sind, Temperaturänderungen unabhängig vom Spross zu erkennen. Im Gegensatz zum Spross scheint der wachstumsfördernde Effekt von erhöhten Temperaturen nicht durch die Stimulierung des zellulären Streckungswachstums, sondern eher der Zellteilung erreicht zu werden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Auxin als Botenstoff das Temperatursignal and den Zellzyklus weiterleitet. Dadurch erhöht sich die Zellteilungsrate im apikalen Wurzelmeristem, was letztenendes in der Produktion von mehr Zellen und somit Förderung des Wurzelwachstums resultiert. In diesem Projektantrag schlagen wir vor, a) einen single cell RNA-seq Datensatz von Wurzelspitzen von in 20 bzw. 28°C angezogenen Arabidopsis Keimlingen zu generieren, b) die Auxinströme und das Verhalten der polaren Auxintransportmaschinerie in Reaktion auf Temperatur zellbiologisch zu untersuchen, und c) temperatursensitive Komponenten zu identifizieren, die den Eintritt von meristematischen Zellen in den Zellzyklus regulieren. Dieses Projekt könnte es uns ermöglichen, den Signalweg downstream eines bislang unbekannten Temperatursensors mechanistisch im Detail zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen