EURO-PEC - Europäisches Pflanzenembryologie-Konsortium

Die Embryogenese legt die Grundlagen des Pflanzenkörpers, worauf die postembryonale Entwicklung in repetitiver Weise aufbaut. Der frühe Embryo von Arabidopsis ist wegen der begrenzten Zahl der Zellen und ihrer vorhersagbaren Teilungsmuster ein sehr geeignetes System, um Schlüsselregulatoren der Entwicklung und den Kontext ihrer Wirkung zu untersuchen. Dieses Verbundprojekt (CRP) zielt auf molekulare Mechanismen, die vier kritischen, in der frühen Embryogenese aufeinander folgenden Differenzierungsschritten jeweils zu Grunde liegen: (1) differenzielle Spezifizierung der Identität von Embryo vs. Extra-embryonalem Suspensor, (2) Spezifizierung von Epidermis vs. Inneren Zellen, (3) Spezifizierung der ersten Vorläufer von Leitgewebe vs. Grundgewebe und (4) Spezifizierung der Identität von Spross und Wurzel einschließlich ihres jeweiligen Stammzellsystems. Wir werden zuvor identifizierte Schlüsselregulatoren dieser Schritte verwenden und den Kontext ihrer Wirkung identifizieren. Wir werden genomweite Ansätze einschließlich Transkriptprofilierung in mutanten Embryonen sowie Chromatin- Immunpräzipitierung und anschließendes Next-Generation Sequencing verwenden, um Bindestellen und biologisch bedeutsame Zielgene von Schlüsselregulatoren der Entwicklung zu identifizieren. Darüberhinaus werden wir unabhängige zelltyp-spezifische Transkriptprofilierungsansätze anwenden, um globale molekulare Landschaften dieser entscheidenden Differenzierungsschritte zu definieren. Schließlich werden wir die post-transkriptionale Regulation durch MikroRNAs als eine neuartige Ebene der Regulation in der frühen Embryogenese charakterisieren. Zusammen genommen werden diese Ansätze regulatorische Bezugssysteme identifizieren, die embryonale Übergänge und deren Wechselwirkungen steuern. Zusätzlich zu fortgeschrittenen genomweiten Ansätzen werden genetische Analysen sowie 3D- und Lebendembryo-Visualisierungen verwendet werden, um die Rolle neu identifizierter Regulatoren bei den 4 Differenzierungsschritten zu definieren. Das Konsortium umfasst fünf internationale Partner, jeder ausgewiesen in der Untersuchung von Entwicklungsentscheidungen im Embryo. Die Partnerlabors haben entscheidend dazu beigetragen, (transkriptionelle) Regulatoren zu identifizieren, die den Ausgangspunkt für dieses CRP bilden. Auch wenn alle Partner ein großes Interesse an der frühen Pflanzenembryogenese miteinander teilen, untersuchen sie jeder für sich einen anderen Schlüsselschritt, and sie ergänzen einander in der methodischen Expertise. Befunde, Materialien und Techniken werden miteinander geteilt, um eine gemeinsame Basis für die Analyse der Entwicklungsentscheidungen zu schaffen. Die Koordination der individuellen Anstrengungen ist kritisch, um doppelte Arbeit zu vermeiden, und sie wird es ermöglichen, Verbindungen zwischen den Entwicklungsschritten zu erkennen. Dieses Gemeinschaftsprojekt wird zu einer wettbewerbsfähigen Europäischen Forschungsbasis beitragen, um ganz fundamentale Bausteine der Pflanzenentwicklung zu untersuchen. Dies ist der einzig gangbare Weg, um ein umfassendes Verständnis der frühesten formativen Ereignisse in der Pflanzenentwicklung zu erzeugen, und es wird dadurch eine notwendige Grundlage für die rationale Anwendung bei der Pflanzenzucht sowie Vermehrung und Biotechnologie der Pflanzen geschaffen.

Für die Entwicklung von neuen Nutzpflanzen mit erhöhten Erträgen ist es essentiell die genetischen Mechanismen, die die Pflanzenentwicklung steuern zu verstehen. Während ihrer Entwicklung ist die Pflanze auf das kontinuierliche Ausbilden von neuen Organen angewiesen. Jedes dieser Organe besteht aus multiplen Zelltypen und geht aus den Meristemen hervor. Meristeme sind Gruppen von Stammzellen an den wachsenden Spitzen der Pflanzen. Diese Stammzellnischen sind während des gesamten Lebens der Pflanze aktiv, allerdings werden sie ursprünglich im frühen, embryonalen Stadium geformt. In diesem gemeinschaftlichen Projekt haben fünf europäische Gruppen ihre Anstrengungen gebündelt um die genetische Kontrolle der Zelltyp und Stammzellenspezifizierung des frühen Arabidopsis Embryos zu analysieren. Jede Gruppe konzentrierte sich dabei auf einen einzelnen, äußerst wichtigen Aspekt der Pflanzenentwicklung. Die Gruppen generierten genomweite Daten, wie zum Beispiel: Zelltyp, spezifische Genexpressionsdaten und genomische Bindestellen für entwicklungsbiologisch wichtige Regulatoren.Das Projekt gab unter anderem neue Einsichten in die zellulären Entscheidungsprozesse während der Zelltypspezifikation. Es wurden neue Gene identifiziert, die während der frühesten embryonalen Stadien aktiviert werden. Für einige Gene wurde bereits gezeigt, dass sie eine wichtige Funktion für die Entwicklung des Embryo haben. Des Weiteren wurden Gruppen von Genen identifiziert, die entweder in den ersten epidermalen Zellen oder den ersten Vorläuferzellen des Grundgewebes und des Leitgewebes aktiviert werden. Weiterführende funktionale Analysen werden Aufschlüsse zu dem genauen Mechanismus dieser Gewebeformung geben. Darüber hinaus wurde die Funktion von spross- und wurzel-spezifizierenden Transkriptionsfaktoren im Embryo entschlüsselt. Das österreichische Teilprojekt hat die Funktion von nicht protein-kodierenden kleinen RNA Molekülen sogenannten microRNAs in der Kontrolle der Embryonalentwicklung entdeckt. Die individuellen Teilprojekte des EURO-PEC Projekts, wie auch die Integration der Daten in ihrer Gesamtheit, welche in einem benutzerfreundlichen Netzwerkportal zugänglich sind, bieten einen reichen Nährboden für weiterführende molekulare und genetische Studien zum Schwerpunkt der Entwicklungsbiologie von Pflanzenembryos.