Zelluläre Differenzierung in Pflanzensprossen
Insgesamt wird die zelluläre Differenzierung durch Expression oder Ausschalten der verantwortlichen Gene gesteuert. Transkriptionsfaktoren (TF) instrumentieren diesen Vorgang, indem sie an spezifische DNA-Sequenzen binden und die Transkription aktivieren oder unterdrücken. Das Wachstum bei Pflanzenschösslingen wird durch die präzise Differenzierung in Stamm-, Blätter-, Blüten- oder Gefäßgewebe gesteuert. Das Sprossapikalmeristem (SAM) enthält per Definition undifferenzierte Zellen, die in mehrere funktionell unterschiedliche Zonen organisiert werden. SAM reguliert das Pflanzenwachstum, indem neue Organe aus einem sich erneuernden Pool pluripotenter Stammzellen generiert werden. Diese können sich zu jeder Art von Zelle differenzieren, aus denen dann spezifische Gewebe und Organe hervorgehen. Das EU-finanzierte Projekt SHOOT APICAL MERISTEM untersuchte schwerpunktmäßig zwei Gene für die Stammzellspezifikation: WUCHEL (WUS) und SHOOTMERISTEMLESS (STM). WUS wird nur in einem kleinen Zellpool in der Mitte des Meristems exprimiert, dem so genannten Organisationszentrum. STM wird in den meisten Zellen im Meristem exprimiert und antagonisiert die Zelldifferenzierung, damit sich viele Tochterzellen vermehren können, bevor sich ein bestimmtes Organ entwickelt. Die Forscher generierten transgene Pflanzen und markierten WUS/STM, um die jeweiligen direkten Zielgene zu identifizieren. Wie sich herausstellte, aktiviert WUS ohne Zusatz von Hormonen die Bildung neuer Meristeme. Allerdings hemmten Pflanzenhormone und hohe Auxin- wie auch niedrige Cytokinwerte die Bildung von neuem Meristem. Eine Erhöhung der WUS- und STM-Expression bei Hirtentäschel-Mutanten veränderte mit der Zeit die Blattanordnung (Phyllotaxie) vom spiral- zum quirlständigen Blattstand. Das Projekt erforschte auch den für die WUS-Expression zuständigen Regulator ERECTA und veröffentlichte die Forschungsergebnisse in der Zeitschrift Development. SHOOT APICAL MERISTEM will demnächst anhand der ChIP- und ChIP-Seq-Ergebnisse (Chromatinimmunopräzipitation bzw. massive Parallelsequenzierung) einen Überblick zu Protein-, DNA- und RNA-Interaktionen geben, um ein Modell des genetischen Netzwerks zu erstellen, das die Zellspezifikation am Sprossapikalmeristem reguliert. Die Forschungsaktivitäten von SHOOT APICAL MERISTEM waren von großer Bedeutung, da angesichts der weltweiten Nahrungsmittelkrise eine tragfähige Wissensgrundlage zur molekularen Regulierung der Pflanzenentwicklung unerlässlich ist, um Ernteerträge zu maximieren.
Schlüsselbegriffe
Zelldifferenzierung, Transkriptionsfaktor, WUS, STM, Apikalmeristem, Phyllotaxie
