Die Geheimnisse des Pflanzenwachstums entschlüsseln
Der Europäische Forschungsrat (ERC) hat einen ERC Synergy Grant an Prof. Dr. Jürgen Kleine-Vehn von der Universität Freiburg vergeben. Kleine-Vehn unterstützt damit sein Projekt STARMORPH - Unravelling Spatio-temporal Auxin Intracellular Redistribution for Morphogenesis. Dieses Projekt wird über sechs Jahre mit insgesamt 10 Millionen Euro gefördert, wobei rund 2,5 Millionen Euro an die Universität Freiburg gehen.
Prof. Dr. Jürgen Kleine-Vehn, Bild: Jürgen Gocke
Als Inhaber des Lehrstuhls für Molekulare Pflanzenphysiologie an der Fakultät für Biologie und Sprecher des Exzellenzclusters Centre for Integrative Biological Signalling Studies (CIBSS), leitet Kleine-Vehn ein interdisziplinäres und internationales Team, das sich mit Auxin beschäftigt, einem zentralen Pflanzenhormon, das Wachstum und Entwicklung reguliert. Seine Forschung zielt darauf ab, herauszufinden, wie die Auxin-Signalübertragung die Morphogenese der Pflanzen von der subzellulären Ebene bis hin zur Organebene gestaltet und ihren Einfluss auf die zelluläre Dynamik und die gesamte Pflanzenarchitektur untersucht.
Mit den ERC Synergy Grants die Kooperationen auf höchstem wissenschaftlichem Niveau unterstützen, erweitern die Forscher*innen der Universität Freiburg und ihre internationalen Partner weiterhin die Grenzen der Pflanzenbiologie und tragen zum grundlegenden Verständnis der Wachstumsregulation und Signalübertragung bei.
Auxin reguliert die Entstehung der Form (Morphogenese) der Pflanzenorgane. Pflanzen wachsen in die Höhe, sie bilden Wurzeln und Blätter sowie Blüten und Früchte aus. Das Pflanzenhormon Auxin kann je nach Konzentration und Signalstärke Wachstum auslösen oder hemmen. Die vielfältigen und komplexen Prozesse, mit denen Auxin in Verbindung gebracht wird, stehen scheinbar im Widerspruch zu seiner einfachen Molekülstruktur. Anders als klassische Hormone hat Auxin drei Rezeptoren in unterschiedlichen Räumen der Zelle: im Kern, im Cytosol und im Extrazellraum.
„Das Pflanzenhormon Auxin reguliert extrem viele Prozesse in Pflanzen, von der embryonalen Entwicklung bis hin zur Ausbildung von Blüten und Früchten. Dabei ist es ein einfaches Molekül. Wenn wir verstehen, wie Auxin diese komplexen Prozesse kodiert, halten wir den Schlüssel zur Pflanzenentwicklung in der Hand. Wir könnten damit die Tür zu Innovationen in der Landwirtschaft öffnen“, sagt Kleine-Vehn.
Um die Pflanzenmorphogenese ganzheitlich zu verstehen, forschen unter dem Vorsitz von Stéphanie Robert von der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften Wissenschaftler*innen aus den Bereichen der molekularen Zellbiologie, der synthetischen Biologie, der organischen Chemie sowie der Genetik und Biophysik gemeinsam. Dabei wollen sie ein Auxin-Signaturkonzept erforschen, das den Auxinspiegel in jedem Kompartiment berücksichtigt und ein Gesamtsignal mit quantitativen und qualitativen Zellantworten bestimmt.
Gelingt es STARMORPH die Formgebung von Pflanzenorganen und die Rolle von Auxin dabei zu verstehen, können die Erkenntnisse aufgrund der zentralen Funktion von Auxin vielfältige Anwendungen finden. Denn, so Kleine-Vehn: „Pflanzen integrieren Umgebungsinformationen in ihre Architektur. Auxin steuert auch Wachstum in Abhängigkeit von Umweltbedingungen. In der Landwirtschaft ist eine solche Antwort auf die Umgebung nicht unbedingt erwünscht, da auf dem Feld eine Pflanze wie die andere aussehen und bei einer stressvollen Umgebung noch einen guten Ertrag liefern soll.“
Originale Veröffentlichung:
Waidmann S, Beziat C, Ferreira Da Silva Santos J, Feraru E, Feraru MI, Sun L, Noura S, Boutte Y, Kleine-Vehn (2023), Endoplasmic reticulum stress controls PIN-LIKES abundance and thereby growth adaptation. Proc Natl Acad Sci U S A (IF: 12.779) 120(31) doi: 10.1073/pnas.2218865120.
