AG Kleine-Vehn


Pflanzen-Architektur

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Wachstums- und Regenerationspotential durch Phytohormone: Auxin abhängiges Pflanzenwachstum auf subzellulärer, zellulärer, Gewebe- und Organ-Ebene.

Leiter: Assoc.Prof. Dr. Jürgen Kleine-Vehn

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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. Dieses beispiellose 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. 

Projekte

Um wirklich mechanistische Einblicke in pflanzliche Wachstumsregulierung zu erlangen, studieren wir das Auxin abhängige Pflanzenwachstum auf subzellulärer, zellulärer, Gewebe und Organ Ebene. Dabei konzentrieren wir uns auf drei wesentliche Fragestellungen: 

1.) Wie reguliert eine Pflanze ihr Wachstum auf Organ-Ebene um ihre Architektur zu etablieren? 

Um diese Frage zu beantworten studieren wir die Wurzel Architektur. Während die Hauptwurzel der Schwerkraft entgegenwächst, so zeigen Seitenwurzeln eine veränderte Antwort zur Schwerkraft. Das Pflanzenhormon Auxin bestimmt die Wuchsrichtung der Seitenwurzeln und bestimmt somit ob sich das Wurzelsystem in die Breite oder Tiefe ausrichtet (Ruiz Rosquete et al., 2013). Momentan studieren wir wie interne und externe Signale diesen Aspekt der Wurzelarchitektur beeinflussen.

Auxin efflux transporter PIN3 (pPIN3::PIN3-GFP, in grün) und Auxin Signaltransduktion (pDR5::RFP, in rot) in junger Lateralwurzel

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 epidermale Wurzelzellen (Tricho-und Atrichoblasten) zeigen unterschiedliche Regulation der Zellgröße (Löfke et al., 2013). Wir benutzen diese Zelltypen um herauszuarbeiten, wie hormonelle Signale integriert werden, um Zellgrößen zu definieren.

Plasmamembran Marker PIP2-GFP in Tricho- (kleinere Zellen/links) und Atrichoblasten (größere Zellen/rechts)

Fig. 2 Plasmamembran Marker PIP2-GFP in Tricho- (kleinere Zellen/links) und Atrichoblasten (größere Zellen/rechts)

3.) Wie wird das Pflanzenhormon Auxin innerhalb einer Zelle kontrolliert? 

Wir beschäftigen uns mit subzellulären Mechanismen, die die zelluläre Auxin-Homöostase regulieren. Hierzu beschäftigen wir uns mit PILS Proteinen, die Auxin Transport am Endoplasmatischen Retikulum kontrollieren und damit die zelluläre Sensitivität für dieses Pflanzenhormon bestimmen (Barbez et al., 2012; Feraru et al., 2013; Barbez and Kleine-Vehn, 2013). 


Fig. 3

Zielsetzung

Unsere Forschungsanstrengungen adressieren Prozesse die direkt mit agronomisch relevanten Entwicklungsprozesse (z.B. Oberflächen Vergrößerung, tropistisches Wachstum, oder Wasser- und Nährstoffaufnahme) verknüpft sind. Daher liefert unsere Forschung nicht nur grundlegende Einblicke in die pflanzliche Wachstumsregulierung, sondern hat auch Bedeutung für angewandte Forschungsgebiete.

Publikationen

Förderungsorganisationen