Entschlüsselung molekularer Mechanismen der Embryogenese in Monokotyledonen

• Antragstellerin: Dr. Zhongjuan Zhang
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399544276

Blütenpflanzen besitzen die Fähigkeit ein Leben lang aus Sproß- und Wurzelmeristemen Organe zu bilden. Beide Meristeme werden während der Embryonalentwicklung erstmals de novo angelegt. Eine Schlüsselfrage der Entwicklungsbiologie ist, wie sich eine einzellige Zygote in einen funktionierenden Organismus mit verschiedenen Organen und Geweben entwickeln kann. Innerhalb der letzten zwei Jahrzehnte, nachdem Arabidopsis thaliana zum dikotylen Modelorganismus avancierte, ist unser Verständnis über die Embyonalentwicklung in dikotylen Pflanzen enorm fortgeschritten. Nach der ersten asymmetrischen zygotischen Zellteilung teilt sich die kleinere der beidne Apikalzellen weiter und bildet einen Großteil des Embyos, einschließlich beider Keimblätter, Sproßmeristem, Hypokotyl und Wurzel. Die größere, basale Zelle hingegen bildet ausschließlich die Wurzelspitze. Auxin und WUSCHEL_RELATED_HOMEOBOX (WOX) Transkriptionsfaktoren spielen bei Musterbildungen eine elementare Rolle, wie auch hier bei der der Bildung der Achse im Meristem von apikal nach basal. Bemerkenswert ist, dass großteils unbekannt ist wie sich ein Embryo in Monokotylen entwickelt, obwohl Monokotyle Gräser am meisten zu Nahrung, Viehfutter und Bioenergie beitragen. Anders als in dikotylen Embryos, hat die Embryogenese der Monokotylen spezielle Eigenheiten, wie die unvorhersehbaren Zellteilungen, die Bildung eines einzelen Keimblatts und eine Wurzel, die aus dem Zentrum des Embryos hervorgeht. Obwohl druch die Untersuchungen der Arabidopsis Embryogenese viel entdeckt wurde ist es momental unklar in wieweit diese Erkenntisse und Konzepte auf die Monokotyle Embryogenese übertragen werden können. Brachypodium distachyon hat sich in den letzten Jahren zum neuen Modelorganismus der Monokotylen entwickelt, da es deutliche Vorteile gegenüber den herkömmlichen Modelpflanzen der Nutzpflanzen hat bezüglich Anforderungen an die Wachstumsbedingungen, Gerationendauer, Transformationseffizienz und Genomgröße. Darum schlage ich vor, die monokotyle Embryogenese systematisch zu untersuchen. Mit einer Kombination aus Liveimaging, Modellieren der Interaktionen Schlüsselgenen in Raum und Zeit, Transkriptomprofiling und genetischen Analysen, werde ich versuchen zu verstehen wie sich der Embryo entwickelt. Des weiteren möchte ich die Funktion von Auxin und WOX Genen, sowie die molekularen Netzwerke, die die besonderen Aspekte der monokotylen Embryonalentwicklung regulieren in Brachypodium untersuchen, und damit die molekularen Übereinstimmungen und Abweichungen in der embryonalen Musterbildung zwischen Monokotylen und Dikotylen aufdecken. Diese Untersuchungen werden unser Wissen über die entscheidenen Schritte der frühe Musterbildung der Monokotylen weit vorantreiben und sie werden außerdem unser Verstehen der biologischen Vielfallt der frühen Entwicklung der Pflanzen erweitern.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Gastgeber: Professor Dolf Weijers, Ph.D.