Wechselseitige Kommunikation zwischen Embryo und Mutterpflanze bei der Regulation der frühen Embryoentwicklung von Arabidopsis thaliana

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Laux
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 261399760

Die asymmetrische Teilung der Zygote etabliert die apikal-basale (Spross-Wurzel) Körperachse des Pflanzenembryos durch die Bildung von zwei Tochterzellen mit unterschiedlichen Entwicklungsprogrammen: die apikale Zelle bildet den Embryo, während aus der basale Zelle der Suspensor hervorgeht, der den Embryo mit der Mutterpflanze verbindet. Die embryonale Entwicklung ist eng mit dem umgebenden Gewebe der Mutterpflanze koordiniert, aber im Gegensatz zu den Tieren ist unser Wissen über maternale Faktoren bei Pflanzen, welche die frühe embryonale Musterbildung regulieren, bislang noch begrenzt. Während der ersten Förderungsperiode für dieses Projekt haben wir zeigen können, dass eine bislang unbekannte wechselseitige Kommunikation zwischen Mutterpflanze und Embryo besteht: Der Befruchtungsvorgang erzeugt ein Signal an die mütterlichen Integumente die den zukünftigen Embryo umschließen, wodurch die Biosynthese des Pflanzenhormons Auxin induziert wird. Das mütterlich produzierte Auxin wirkt als Feedbacksignal auf die Musterbildung des Embryos. Zusätzlich zu diesen publizierten Ergebnissen der ersten Förderungsperiode, haben wir zahlreiche neue spannende Ergebnisse erhalten, die die Grundlage für unsere geplanten Untersuchungen in der zweiten Förderungsphase bilden. Ein unerwartetes Ergebnis war zum Beispiel der erste Hinweis, dass nicht kanonische Auxinbiosynthese einen wichtigen Beitrag zur Embryoentwicklung leistet. In der zweiten Förderungsphase werden wir spezifische Hypothesen zur Mutter-Embryokommunikation testen, die sich aus unseren bisherigen Arbeiten ergeben haben. Dazu werden wir in einem Mutageneseexperiment und durch Einzelzellsequenzierung die genetischen und molekularen Mechanismen dieses Prozess untersuchen. Zusätzlich zu wichtigen grundsätzlichen Erkenntnissen zur Embryoentwicklung der Pflanzen, erwarten wir, dass unsere Ergebnisse neue Strategien zur Regeneration in der Pflanzenzüchtung aufzeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen