Entwicklung des Leitgewebes in Arabidopsis thaliana

Kommunikation zwischen Zellen und verschiedenen Geweben ist die Grundlage für die Bestimmung der Position einzelner Zellen innerhalb eines Organismus. In nachfolgenden Schritten wird diese positionelle Information in ein spezifisches Genexpressionsprofil übersetzt was zur Festlegung der jeweiligen Zellidentität führt. In diesem Zusammenhang ist die Regulation der Chromatinkonformation entscheidend für die Etablierung und Aufrechterhaltung des jeweiligen Repertoires an aktiven und inaktiven Genen. In Pflanzen ist hauptsächlich das vaskuläre Gewebe für den Langstreckentransport und für die mechanischen Eigenschaften des Pflanzenkörpers verantwortlich. Aufgrund der verschiedenen Zelltypen und der ausgiebigen Interaktion mit umgebendem Gewebe ist das vaskuläre System ein attraktives Forschungsobjekt um Zellspezifizierung und Musterbildung in komplexen Organismen zu studieren. Trotz der Vielfältigkeit der vaskulären Zelltypen und ihres großen Einflusses auf Pflanzenentwicklung und Physiologie, ist jedoch die Kenntnis über molekulare Prozesse, die an der Etablierung dieser Gewebetypen beteiligt sind, sehr beschränkt. Die Zielsetzung des beantragten Projektes ist daher die Identifizierung und molekulare Analyse von Schlüsselfaktoren, die entscheidend für Zellidentität innerhalb des vaskulären Gewebes sind. Zudem schlagen wir vor, die Chromatineigenschaften zweier charakterisierter gewebespezifischer Gene, die für die vaskuläre Entwicklung entscheidend sind, zu untersuchen. Durch die Untersuchung der Entwicklung des Transportsystems der Pflanze, wird das vorliegende Projekt zu einem besseren Verständnis der Ontogenese des Pflanzenkörpers beitragen. Insbesondere dadurch, dass innerhalb des Projektes durch die Analyse der Chromatineigenschaften eine klassische entwicklungsbiologische Fragestellung mit epigenetischen Aspekten verknüpft wird, wird zudem die Möglichkeit eröffnet, Differenzierungsvorgänge in Pflanzen mit denen in anderen Organismen zu vergleichen. Über den rein wissenschaftlichen Aspekt hinaus, erwarten wir, dass ein umfassenderes Verständnis der molekularen Entwicklung des vaskulären Gewebes Einfluss auf verschiedene Aspekte der Nutzpflanzenzüchtung hat, da dadurch die Modulation von Transporteigenschaften und mechanischen Eigenschaften innerhalb des Pflanzenkörpers durch klassische und biotechnologische Ansätze vereinfacht wird.

Das Leitgewebe der Pflanzen ist verantwortlich für den Langstreckentransport von Wasser, Nährstoffen und Signalmolekülen durch den Pflanzenkörper und ist zudem entscheidend für dessen mechanische Stabilität. Ein zusammenhängendes Netzwerk von Leitbündeln, bestehend aus Xylem- und Phloemgewebe, durchzieht den gesamten Pflanzenkörper und jedes einzelne Pflanzenorgan. Das Xylem ist dabei verantwortlich für den Transport von Wasser und Nährstoffen, während das Phloem Zucker, Proteine, RNA und andere Signalmoleküle transportiert. Innerhalb des vorliegenden Projektes wurde die Funktion des APL Gens untersucht, das für seine grundlegende Rolle in der Entwicklung des Phloems während des gesamten Pflanzenwachstums bekannt ist. Das entscheidende Ergebnis ist, dass die Rolle des APL Gens offenbar vielfältiger ist als ursprünglich angenommen. Diese Schlussfolgerung wurde aufgrund der Analyse einer neuen apl Mutante gezogen (apl-2) die ein weniger aktives APL Gen trägt als die bisher beschriebenen apl Mutanten. Die apl-2 Mutante zeigt starke Defekte schon während der Embryogenese was darauf schließen lässt, dass APL eine wichtige Rolle während früher Phasen der Pflanzenentwicklung spielt und nicht nur während der Phloemdifferenzierung, die hauptsächlich nach der Keimung erfolgt. Diese Erkenntnis erlaubt es, bisher unbekannte Funktionen des Gens zu analysieren was zu einem besseren Verständnis der Pflanzenentwicklung allgemein führen wird. Interaktionen zwischen verschiedenen Gewebetypen sind entscheidend für die Etablierung der grundlegenden Körperorganisation der Pflanzen und allen mehrzelligen Organismen. Die Ergebnisse, die während dieses Projektes erbracht wurden, stellen neue Anhaltspunkte dar, diesen Prozess zu untersuchen und tragen insofern wesentlich zu unserem Verständnis von entscheidenden Prozessen der Pflanzenentwicklung bei.