Guanylatcyclasen - Aktivität der Auxinrezeptoren TIR1/AFBs

Pflanzen sind die vorherrschenden mehrzelligen Organismen auf unserem Planeten und machen den größten Teil der Biomasse aus. Sie sind für das Überleben der meisten anderen Organismen vor allem Tiere, einschließlich Menschen von entscheidender Bedeutung und haben auch einen großen positiven Einfluss auf das globale Klima. Da sich Pflanzen unabhängig von Tieren als Mehrzeller entwickelten, bildeten sie einzigartige und faszinierende Lösungen für viele Probleme aus, mit denen komplexe Organismen konfrontiert sind oft ganz andere als Tieren. Daher können Pflanzen in vielerlei Hinsicht als Außerirdische unter uns betrachtet werden, die Biolog:innen ein Modell bieten, mit dem sie alternative Mechanismen für die Bewältigung der Herausforderungen des Lebens untersuchen können. Dies spiegelt sich auch weitgehend in den Überlebensstrategien der Pflanzen wider: Während Tiere auf widrige Umstände oft mit Kampf oder Flucht reagieren, sind Pflanzen fest verwurzelt und müssen daher ihre Physiologie und Entwicklung anpassen, um zu überleben. So optimierten Pflanzen im Laufe ihrer Evolution ihre außergewöhnliche Flexibilität in ihrer Entwicklung bis zur Perfektion, was es ihnen nun erlaubt, in einer sich ständig verändernden und oft widrigen Umgebung zu überleben. Eine solche flexible Entwicklung erfordert eine effiziente und schnelle Koordination zwischen verschiedenen Teilen der Pflanzen und Reaktionen auf Signale aus der Umwelt. Da Pflanzen kein Nervensystem im klassischen Sinne besitzen, ist diese Art von Kommunikation in hohem Maße von chemischen Signalstoffen, den Pflanzenhormonen, abhängig. Unter den Pflanzenhormonen ist Auxin der wichtigste Regulator, der die Form der Pflanzen sowie zahlreiche Wachstumsreaktionen auf die Umwelt bestimmt, wie zum Beispiel das Abwärtswachsen von Wurzeln (Wurzelgravitropismus) und das Aufwärtswachsen von Trieben in Richtung von Lichtquellen. Die Mechanismen in den Auxin-Zellen, die all diese Aktivitäten steuern, wurden 2005 als geklärt angesehen. Der Hauptteil dieses Signalmechanismus findet im Zellkern statt, wo Hunderte bis Tausende von Genen aktiviert werden und Proteine produzieren, die anschließend das Verhalten der Zelle verändern. Dieser langsame Mechanismus, der in der Regel seine Wirkung nach etwa zehn Minuten entfaltet, scheint viele der Auswirkungen des Auxins bei der Regulierung der Pflanzenentwicklung zu erklären. Einige zentrale zelluläre Auswirkungen von Auxin entfalten sich jedoch extrem schnell und treten innerhalb weniger Sekunden auf. Zu diesen Wirkungen gehören Veränderungen der elektrischen Ladung in den Zellen sowie des Kalzium- und Protonentransports an den Plasmamembranen Prozesse, welche die Fähigkeit der Wurzeln, nach unten zu wachsen, steuern. Der Mechanismus, der diese schnellen Auxin-Effekten steuert, ist seit Jahrzehnten ein Rätsel: Die Entschlüsselung dieses Geheimnisses ist das Hauptziel dieses Projekts. Um dies zu erreichen, werden wir eine besonders interdisziplinäre Strategie implementieren, welche molekulare Physiologie (Hormonsignale), Entwicklungsbiologie (schwerkraftgesteuertes Wurzelwachstum), Zellbiologie (komplexe Mikroskopie), Biochemie und molekulargenetische Methoden kombiniert. Ziel ist es, zu verstehen, wie sich Hormonsignale in Pflanzen sehr schnell auf ihre Zellaktivitäten auswirken und so das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen als Reaktion auf externe Signale rasch anpassen können.