Zur Rolle der Signaltransduktion in der meristematischen Entwicklung von Arabidopsis thaliana

Bei den hoheren Pflanzen entstehen die meisten Organe postembryonal an den Flanken ihrer apikalen Meristeme, die einen Pool von totipotenten Stammzellen beinhalten. Die Organ-Neogenese ist abhangig von einem Gleichgewicht zwischen dem Erhalt und der Differenzierung der Stammzellen. In Arabidopsis wird das Stammzellschicksal in den Spross- und Blutenmeristemen von einem von CLAVATA3 (CLV3) und WUSCHEL (WUS) gebildeten negativen Ruckkupplungskreislauf kontrolliert. CLV3 kodiert ein kleines sekretiertes Protein, das in den Stammzellen an der Spitze der Meristeme exprimiert wird und als putativer Ligand uber die Rezeptoren CLV1 und CLV2 die WUS-Expression negativ reguliert. Der Transkriptionsfaktor WUS wird dagegen unterhalb der Stammzellen exprimiert und verhindert nicht-zellautonom die Differenzierung der CLV3-exprimierenden Stammzellen. Die vorliegende Arbeit beschaftigt sich mit drei Aspekten der CLV3-Signaltransduktion: Die Regulation der CLV3-Expression durch den Transkriptionsfaktor DORNROSCHEN (DRN), die Analyse der Dynamik des CLV3/WUS-Regelkreises und der Identifizierung und Charakterisierung neuer Komponenten des CLV-Signalwegs. Die Expressionsdomanen von DRN und CLV3 uberschneiden sich weitgehend. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die induzierte ubiquitare Uberexpression von DRN zu einer Erhohung der CLV3-Expression, ausschlieslich in den Stammzellen, fuhrt. Da es zu keiner Ausdehnung der CLV3-Expression kommt, benotigt DRN weitere Faktoren, um CLV3 aktivieren zu konnen. Die langfristige Uberexpression von DRN bewirkt eine radikale Umgestaltung des Meristems, die weitgehend auf der Inhibition der Zellstreckung, die ein Merkmal der Differenzierung ist, beruht. Die Ergebnisse der Suche nach weiteren DRN-Zielgenen legen nahe, dass DRN uber die Inhibition der Synthese des zellstreckungsfordernden Phytohormons Jasmonsaure zum Erhalt der Stammzellpopulation beitragen konnte. Um die Dynamik des CLV3/WUS-Regelkreises zu untersuchen, wurde wahrend der Entwicklung die CLV3-Expression in den Stammzellen erhoht. Wie vom Modell vorhergesagt kommt es zu schnellen Verlust der WUS- und endogenen CLV3-Expression in den Spross- und den Blutenmeristemen. Diese Abregulation erfolgt weit schneller als die durch veranderte Zellstreckungs- und Zellteilungsmuster verursachten morphologischen Veranderungen der Meristeme. In den wahrend der erhohten CLV3-Expression neu entstehenden Meristemen kommt es jedoch zur Restauration der WUS-Expression, was die Existenz eines Kompensationsmechanismus nahe legt. Die Weiterleitung des CLV3-Signals ist abhangig von der Funktion der Komponenten des CLV3-Signalweges. Daher wurde zielgerichtet mittels einer Suppressormutagenese der CLV3-Uberexpression nach neuen Komponenten gesucht. Die Effizienz dieser Durchmusterung wurde durch das Auffinden mehrerer clv1- und clv2-Mutanten bestatigt. Eine weitere isolierte Suppressormutante, coryne (crn), zeigt alle Merkmale einer clv-Mutante, einschlieβlich der durch Stammzellakkumulation vergroβerte Meristeme. CRN kodiert eine Rezeptorkinase ohne Rezeptordomane, CLV2 dagegen einen LRR-Rezeptor ohne Kinasedomane. Beide Proteine konnten somit eine heterodimere LRR-Rezeptorkinase bilden. Durch die Analyse von Doppelmutanten konnte CRN in den CLV-Signalweg eingeordnet werden. Demnach wird das WUS-reprimierende CLV3-Signal uber zwei getrennte Signalwege weitergeleitet, wobei der eine CLV1 und der andere CRN und CLV2 beinhaltet.