Projektbeschreibung
Ein tiefgreifenderes Verständnis der Pflanzenentwicklung und des Pflanzentodes
Der programmierte Zelltod ist ein in mehrzelligen Organismen vorkommender Selbsttötungsmechanismus, der für die Entwicklung und die Bildung von Resistenzen gegen verschiedene Stressfaktoren unerlässlich ist. In Pflanzen ist er an den Vorgängen der Embryogenese bis hin zum Tod der ganzen Pflanze beteiligt. Das EU-finanzierte Projekt EXECUT.ER hat die Wurzelhaube der Arabidopsis als neuartiges Modellsystem für den entwicklungsbezogenen programmierten Zelltod in Pflanzen ausgemacht. Das Modell macht die Identifizierung eines Genregulationsnetzwerks möglich, das die Einleitung des programmierten Zelltods steuert. Die Forscherinnen und Forscher nutzten die Zugänglichkeit der Wurzelhaube für eine Analyse der Durchführung des programmierten Zelltods in lebenden Zellen und erhielten so vorläufige Daten, die eine unerwartete Abfolge einzelner Membranpermeabilisierungsereignisse aufdeckte, bei denen das endoplasmatische Retikulum vor der zentralen Vakuole aufbricht. Ein umfassendes Verständnis der Durchführung des programmierten Zelltods in Pflanzen wird neues Licht auf die Pflanzenentwicklung werfen und neue Perspektiven für die Verbesserung und den Schutz von Nutzpflanzen eröffnen.
Ziel
Programmed Cell Death (PCD) is fundamental to the development and health of multicellular organisms. However, our knowledge on developmentally controlled PCD in plants remains fragmentary, despite its undoubted significance for plant growth and reproduction.
My team has established the Arabidopsis root cap as a novel model system for developmental PCD in plants. This model has enabled us to identify a gene regulatory network controlling the preparation of PCD. However, the molecular processes that terminate the vital functions of a plant cell during the final steps of PCD execution remain unknown.
Exploiting the accessibility of the root cap for live-cell analysis of PCD execution, we obtained preliminary data revealing an unexpected succession of distinct membrane permeabilization events in which the endoplasmic reticulum breaks up before the central vacuole. I hypothesize that this sequential de-compartmentalization is the mechanism underlying the irreversible and orderly execution of PCD.
Recent advances in several key technologies provide unprecedented opportunities to test this hypothesis and make a quantum leap in our understanding of the mechanisms carrying out PCD execution.
I will employ correlative super-resolution light and electron microscopy to analyse PCD execution in unparalleled spatial and temporal resolution. RNA sequencing of single cells at the onset of PCD execution will provide information on the genes that are required for this rapid process. Advanced proteomics techniques will provide a direct route to identify proteins acting on membrane permeabilization during PCD execution. Lastly, multiplex and tissue-specific mutagenesis via innovative CRISPR screens will enable me to overcome genetic redundancy and lethality in the PCD context.
The detailed understanding of plant PCD execution generated by this research program will shed light on a fundamental principle of plant development and open new avenues for crop improvement and protection.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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Belgien