Phylotranskriptionelles Profiling von Lebenszyklus, Organogenese und Zellzyklus im Arabidopsis Modellsystem

• Antragsteller: Professor Dr. Ivo Große; Professor Dr. Marcel Quint
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 252331567

Das Sanduhrmodell der Embryogenese ('Developmental Hourglass') ist eines der klassischen Konzepte in der Entwicklungsbiologie. In tierischen Systemen erscheinen Embryonen verschiedener Taxa eines Phylums in frühen Phasen der Embryogenese morphologisch unterschiedlich, werden zur Mitte der Embryogenese hin immer ähnlicher, um sich in späten Phasen der Embryogenese wieder auseinander zu entwickeln. Dieser morphogenetische Ablauf basiert auf Beobachtungen von Karl Ernst von Baer im frühen 19. Jahrhundert und wird als das 'Developmental Hourglass' bezeichnet. Dieses Muster wurde kürzlich auch auf molekularer Ebene bestätigt, da mittlere Embryogenesestadien verwandter Tierarten auch auf transkriptioneller Ebene maximal konserviert zu sein scheinen. Das Sanduhrmodell der Embryogenese wurde jedoch nie in Bezug auf Pflanzen thematisiert, die das zweite große phylogenetische Reich bilden, in welchem Embryogenese evolviert ist. Durch die Kombination von phylogenetischer und transkriptioneller Information ('Phylotranscriptomics') konnten wir vor kurzem zeigen, dass ein phylotranskriptionelles 'Hourglass' auch für die Embryogenese des pflanzlichen Modellorganismus Arabidopsis thaliana existiert. Es scheint sich demnach um ein allgemeines Entwicklungsmuster zu handeln, welches globale Expressionsprofile über phylogenetische Domänen hinweg kontrolliert.Basierend auf fundamentalen ontogenetischen Unterschieden zwischen Tieren und Pflanzen gehen wir davon aus, dass das 'Developmental Hourglass' Muster nicht auf Embryogenese beschränkt sein muss. Im Rahmen dieses Antrages wollen wir Studien durchführen, die auf der post-embryonalen und sequentiellen Natur pflanzlicher Entwicklung beruhen und daher in tierischen Systemen schwer umsetzbar wären, wo die Individualentwicklung in erster Linie embryonal und vergleichsweise synchron verläuft. In diesem interdisziplinären Projekt untersuchen wir diese Hypothese auf drei verschiedenen raumzeitlichen Ebenen. Wir planen phylotranskriptionelle Studien am Arabidopsis Modellsystem für (i) den Lebenszyklus kompletter Pflanzen, (ii) die Organogenese ausgehend von frühen meristematischen Aktivitäten bis zum reifen, differenzierten Organ, und (iii) den Zellzyklus. Basierend auf den zu Tage tretenden phylotranskriptionellen Mustern wollen wir die Gene, die diese Muster verursachen, sowie deren cis-regulatorische Module identifizieren. Das Ziel unseres Projektes besteht darin, Datensätze von allgemeinem Interesse für die Pflanzen Community zu generieren und ein erstes Verständnis der beobachteten phylotranskriptionellen Muster zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen