Cell fate regulation in the Arabidopsis thaliana stem

Organe multizellularer Organismen sind komplexe Strukturen, die sich in einem auserordentlichen Mas aus unterschiedlichen Zelltypen mit verschiedensten Funktionen zusammensetzen konnen. Diese verschiedenen Zelltypen entstammen wenigen pluripotenten Stammzellen, die in bestimmten Entwicklungsstadien oder Positionen innerhalb des Orgamismus aktiv sind. In Pflanzen bleiben diese Stammzellpopulationen, auch Meristeme genannt, auch im adulten Organismus erhalten und ermoglichen diesem dadurch ein theoretisch unbegrenztes Wachstum. Apikalmeristeme an Spross- und Wurzelspitze sind verantwortlich fur das longitudinale Wachstum des Pflanzenkorpers, wahrend in den meisten Gymnospermen und Dikotyledonen das Kambium, ein laterales Meristem, zusatzliches Dickenwachstum ermoglicht. Das Kambium ist in einer zylindrischen Domane an der Peripherie der Sprossachse lokalisiert. Es besteht aus meristematischen Zellen, die durch perikline Teilungen nach ausen gerichtet Phloem- und nach innen gerichtet Xylemgewebe bilden. Dieser Prozess ist der Ursprung der Holzbildung, aufgrund dessen er entscheidend zur Immobilisierung atmospharischen Kohlendioxids beitragt. Das ringformig geschlossene vaskulare Kambium wird postembryonal in der Sprossachse angelegt, indem zwischen den Primarbundeln lokalisierte Zellen Kambiumidentitat erlangen. Dadurch werden die Prokambiumbereiche der einzelnen Bundel verbunden. Die postembryonale Bildung eines Meristems ist ein interessanter Entwicklungsprozess, da hier sowohl Dedifferenzierung als auch eine Wiedererlangung des ursprunglichen Meristemcharakters stattfinden kann. Trotz seiner biologischen und okonomischen Bedeutung ist die Entstehung des Kambiums und der Sekundarvaskulatur relativ wenig erforscht. Deshalb habe ich mich im ersten Teil der vorliegenden Arbeit darauf konzentriert, weiteren Aufschluss uber den Prozess der Kambiumbildung zu erlangen. Molekulare Marker, die die Aktivitat von an der vaskularen Entwicklung beteiligten Genen sichtbar machen, hier PXY, WOX4 und APL, wurden verwendet um deren Aktivitat im Laufe der Stammentwicklung in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana zu verfolgen. Diesbezuglich war vor allem die Bildung des interfaszikularen Kambiums (IK) von Interesse. Die Beteiligung der Starkescheide am Prozess der IK-Bildung wurde, unter Verwendung eines induzierbaren Reporters, durch die Verfolung der aus dieser durch Teilung hervorgegandenen Tochterzellen aufgeklart. Durch die Untersuchung der PXY Aktivitat konnte zudem gezeigt werden, dass interessanterweise nur eine einzelne, in der Starkescheide stattfindende asymmetrische Zellteilung die IK-Bildung initiiert. Dabei wiedererlangen bereits ausdifferenzierte Zellen meristematische Identitat. Die Bildung des IK stellt dadurch ein geeignetes Modell dar, um sowohl Fragen zur Erlangung von Gewebespezifitat, als auch zur Regulation lateralen Pflanzenwachstums zu beantworten. Das Transkriptom, die Gesamtheit aller Transkripte in einer Zelle, ist eine unverwechselbare, die Identitat einer Zelle reflektierende Signatur. Die Aufklarung gewebespezifischer Transkriptionsprofile ist entscheidend, um Verstandnis uber die Erlangung von Gewebespezifitat und die Regulierung von Wachstum generell zu gewinnen. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit widmete sich der Methodenetablierung zur Bestimmung spezifischer Transkriptome von Geweben der Sprossachse von Arabidopsis thaliana. Hierfur wurden gewebespezifische Promotoren zunachst validiert, und im Anschluss verwendet, um die Expression des kernlokalisierten, grunfluoreszierenden Proteins (GFP) in bestimmten Sprossachsengeweben hervorzurufen. Mithilfe dieser transgenen Linien konnten unter Anwendung der sogenannten FANS-Technologie (Fluorescence-based Nucleus Sorting) Zellkerne der einzelnen Gewebe isoliert werden. Um die Methodik zur Bestimmung gewebespezifischer Transkriptome von Sprossachsengeweben zu validieren, wurde durch „Deep Sequencing“ von poy(A)-RNA zunachst das Transkriptom des Phloems ermittelt. Langfristig wird diese Methode die Basis fur ein Langzeitprojekt bilden, dessen Ziel die Erstellung einer zahlreiche Gewebetypen einschliesenden transkriptionellen Landkarte ist. Detaillierte Informationen uber bestimmte Gene, die in einzelnen Sprossachsengeweben in Arabidopsis thaliana aktiv sind, kombiniert mit der Erforschung spezifischer Entwicklungsprozesse wie z.B. der Bildung des IK, werden die Bedeutung der Sprossachse als Modell zur Analyse der Erlangung von Gewebespezifitat und Wachstumsregulation vorantreiben.