Prof. Thomas GrebEntwicklungs­physiologie

Das Dickenwachstum pflanzlicher Sprosse und Wurzeln ist essentiell für die Bildung von Holz, großen Pflanzenkörpern und damit entscheidend für die Entstehung von Biomasse auf der Erde. Unser Labor nutzt diesen Prozess als Modell, um Prinzipien von Wachstum und Zelldifferenzierung in mehrzelligen Organismen zu entschlüsseln.

Vielzelligkeit ist ein grundlegendes Konzept des Lebens auf unserem Planeten. Das Konzept der Übernahme spezieller Funktionen durch einzelne Zellen im Zusammenspiel mit anderen Zellen in einem multizellulären Organismus ist faszinierend, da es ein sehr komplexes System der Kommunikation von Zelle zu Zelle erfordert. Die Aufklärung umfassender Konzepte zur Entwicklung und Funktion multizellulärer Systeme ist deswegen nicht nur essentiell für das Verständnis ihrer Funktionsweise, sondern auch eine spannende Herausforderung.

Thomas Greb

Das Dickenwachstum von Pflanzensprossen und -wurzeln basiert auf den gewebebildenden Eigenschaften einer Gruppe von Stammzellen, welche als Kambium bezeichnet wird und dessen Aktivität zur Produktion von sekundärem Gefäßgeweben (Xylem/"Holz" und Phloem/"Bast") führt. In Anbetracht seiner Funktion als Stammzellnische, die für die ständige Produktion von neuem Gewebe essentiell ist, sowie seiner Abhängigkeit von Umweltfaktoren, stellt das Kambium ein ideales Modell dar, um Fragen zur Regulation der Zellidentität und der Ausrichtung von Wachstumsprozessen an endogenen und exogenen Anforderungen zu untersuchen. Angesichts dieser attraktiven Eigenschaften untersucht unser Labor das pflanzliche Dickenwachstum, um allgemeine Konzepte der Wachstumsregulation in multizellulären Organismen an der Schnittstelle zwischen Entwicklung und Physiologie aufzudecken.

Im ersten Bild ist der Querschnitt des Hypokotyls (d.h. der Wurzel-Spross-Verbindung) einer fünf Wochen alten Arabidopsis thaliana Pflanze zu sehen. Der Hypokotyldurchmesser beträgt in diesem Stadium etwa 2 mm und ein Schnitt enthält 10.000 bis 20.000 Zellen. Das Kambium produziert Xylem- und Phloemzellen in entgegengesetze Richtungen zur mechanischen Unterstützung des wachsenden Pflanzenkörpers und um ausreichenden Transport von Wasser und Zucker entlang des Xylems, beziehungsweise des Phloems, zu ermöglichen.

 

Hypocotyl section from Arabidopsis

Das zweite Bild zeigt funktionelle Kambium-Domänen und Zelltypen. Eine Schicht von bifazialen Stammzellen (in rot) produziert Xylem- und Phloemgewebe in entgegengesetzter Richtung. Diese Gewebe enthalten verschiedene Zelltypen, die auf den Transport von Wasser ('vessel elements') oder Zucker ('sieve elements') entlang des Pflanzenkörpers spezialisiert sind. Beide Abbildungen sind entnommen aus Chiang et al., 2019.

cambium scheme

Für den Fall, dass du an einem Aufenthalt in unserem Labor als Student/In oder Postdoktorand/In interessiert bist, kontaktiere direkt Thomas Greb.

Ausgewählte Publikationen

Shi D, et al. (2021) Tissue-specific transcriptome profiling of the Arabidopsis inflorescence stem reveals local cellular signatures. Plant Cell 33(2):200-223

Chiang MH, et al. (2019) How to organize bidirectional tissue production? Curr Opin Plant Biol 51:15-21

Miyashima S, et al. Helariutta Y (2019) Mobile PEAR transcription factors integrate positional cues to prime cambial growth. Nature 565:490–494

Shi D, et al. (2019) Bifacial cambium stem cells generate xylem and phloem during radial plant growth. Development 146:dev171355

Brackmann K, et al. (2018) Spatial specificity of auxin responses coordinates wood formation. Nat Commun 9(1):875

Wallner ES, et al. (2017) Strigolactone and karrikin-independent SMXL proteins are central regulators of phloem formation. Curr Biol 27(8):1241–1247