H941 Department für Angewandte Genetik und Zellbiologie (DAGZ)
Arbeitsgruppen
H94 Department für angewandte Genetik und Zellbiologie (DAGZ)
H941 Department für Angewandte Genetik und Zellbiologie (DAGZ) Arbeitsgruppen AG Kleine-Vehn
Pflanzen-Architektur
Gebiet
Wachstums- und Regenerationspotential durch Phytohormone: Auxin abhängiges Pflanzenwachstum auf subzellulärer, zellulärer, Gewebe- und Organ-Ebene. |
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Ausrichtung
Mehrzellige Organismen sind mehrfach während der Evolution entstanden. Dies führte zu sehr unterschiedliche Lebensformen und Strategien die man in der Tier und Pflanzenwelt finden kann. Pflanzen sind sesshaft, aber zeigen dafür eine bemerkenswerte Plastizität in ihrer Ausprägung. Sie können ihre individuelle Entwicklung dynamisch verändern um auf ihre unmittelbare Umgebung zu reagieren. Das beispiellose postembryonalen Wachstums- und Regenerationspotential wird streng durch Phytohormone gesteuert.
Obwohl Pflanzen herausragende Bedeutung für unser kulturelles Leben und für das Ökosystem der Erde haben, wissen wir nur wenig über die zellulären Mechanismen die dieses einzigartige Wachstumsverhalten ermöglichen. Das Pflanzenhormon Auxin (griechisch: auxein - wachsen) ist ein ausgesprochen wichtiger Regulator des Pflanzenwachstums. Allerdings beginnen wir gerade erst ansatzweise zu verstehen wie Auxine die Pflanzenentwicklung regulieren.
Unsere Forschungsanstrengungen adressieren Prozesse die direkt mit der eigentlichen Funktion der Wurzeln (z.B. Oberflächenvergrößerung und tropistisches Wurzelwachstum für Wasser- und Nährstoffaufnahme) verknüpft sind. Daher wird unsere Forschung nicht nur wichtige Einblicke in die grundlegende pflanzliche Wachstumsregulierung liefern, sondern eventuell auch Bedeutung für die angewandte, Agrarforschung haben.
Projekte
Um wirklich mechanistische Einblicke in pflanzliche Wachstumsregulierung zu erlangen, werden wir das Auxin abhängige Pflanzenwachstum auf subzellulärer, zellulärer, Gewebe und Organ Ebene erforschen. Um dies zu erreichen, werden wir uns auf drei wesentliche Fragestellungen konzentrieren:
1.) Wie reguliert eine Pflanze ihr Wachstum auf Organ-Ebene um ihre Architektur zu etablieren?
Um diese Frage zu beantworten werden wir uns auf die Wurzelarchitektur konzentrieren. Während die Hauptwurzel der Schwerkraft entgegenwächst, so zeigen Seitenwurzeln eine veränderte Antwort zur Schwerkraft (Wuchsrichtung weg von der Hauptwurzel). Wir werden uns speziell auf Signale von der Hauptwurzel konzentrieren, die die Auxin / gravitrope Reaktionen von Seitenwurzeln modifizieren.
Fig. 1 Auxin efflux transporter PIN3 (pPIN3::PIN3-GFP, in grün) und Auxin Signaltransduktion (pDR5::RFP, in rot) in junger Lateralwurzel
2.) Wie wird das Wachstum zwischen benachbarten Gewebetypen koordiniert?
Zellwachstum innerhalb eines Gewebes muss abgestimmt werden damit die gewünschte Form ausgeführt wird. Benachbarte Epidermis Wurzelzellen (Tricho-und Atrichoblasten) zeigen unterschiedliche Wachstums- und die Teilungsraten. Atrichoblasten zeigen eine hohe Zellstreckung, während Trichoblasten sich häufiger teilen. Wir werden diese Zelltypen benutzen um herauszuarbeiten, wie hormonelle Signale integriert werden, um koordiniertes Gewebewachstum auszuführen.
Fig. 2 Plasmamembran Marker PIP2-GFP in Tricho- (kleinere Zellen/links) und Atrichoblasten (größere Zellen/rechts)
3.) Wie überwacht und reguliert eine einzelne Zelle ihre Auxin-Konzentration damit sie die gewünschte zelluläre Entwicklung ausführen kann?
Subzelluläre Kompartmentalisierung von Auxin und die potenzielle Rolle in zellulärer Auxin-Homöostase ist erst vor kurzem (Mravec et al., 2009) aufgedeckt worden. Wir werden insbesondere subzellulären Mechanismen adressieren, welche die zelluläre Auxin-Homöostase beeinflussen. Dafür werden wir uns auf neuartige und unerforschte intrazelluläre Auxin-Transporter konzentrieren.
Fig. 3 PILS Protein Überexpression führt zu steriler Blütenentwicklung
Publikationen
ausgewählte Publikationen
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Whitford R, Fernandez A, Tejos R, Cuéllar Pérez A, Kleine-Vehn J, Vanneste S, Drozdzecki A, Leitner J, Abas L, Aerts M, Hoogewijs K, Baster P, De Groodt R, Lin YC, Storme V, Van de Peer Y, Beeckman T, Madder A, Devreese B, Luschnig C, Friml J, Hilson P (2012) GOLVEN Secretory Peptides Regulate Auxin Carrier Turnover during Plant Gravitropic Responses. Dev. Cell, 22,3: 678-685
Ruiz Rosquete M, Barbez E, Kleine-Vehn J. (2011) Cellular Auxin Homeostasis: Gatekeeping Is Housekeeping. Mol Plant. PMID: 22199236
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Jelínková, A; Malínská, K; Simon, S; Kleine-Vehn, J; Parezová, M; Pejchar, P; Kubes, M; Martinec, J; Friml, J; Zazímalová, E; Petrásek, J (2010): Probing plant membranes with FM dyes: tracking, dragging or blocking?. Plant J. 2010; 61(5):883-892.
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Langowski, L; Ruzicka, K; Naramoto, S; Kleine-Vehn, J; Friml, J (2010): Trafficking to the outer polar domain defines the root-soil interface.. Curr Biol. 2010; 20(10):904-908.
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Robert, S; Kleine-Vehn, J; Barbez, E; Sauer, M; Paciorek, T; Baster, P; Vanneste, S; Zhang, J; Simon, S; Covanova, M; Hayashi, K; Dhonukshe, P; Yang, Z; Bednarek, SY; Jones, AM; Luschnig, C; Aniento, F; Zazimalova, E; Friml, J (2010): ABP1 Mediates Auxin Inhibition of Clathrin-Dependent Endocytosis in Arabidopsis. CELL. 2010; 143(1): 111-121.
Wabnik, K; Kleine-Vehn, J; Balla, J; Sauer, M; Naramoto, S; Reinohl, V; Merks, RMH; Govaerts, W; Friml, J (2010): Emergence of tissue polarization from synergy of intracellular and extracellular auxin signaling. MOL SYST BIOL. 2010; 6.
* authors contributed equally
Förderungsorganisationen
| Wiener Wissenschafts-, Forschungs- und Technologiefonds
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