Prof. Jan Lohmann Stammzellbiologie
Die Abteilung für Stammzellbiologie befasst sich mit den Mechanismen, die Identität, Zahl und Teilungsaktivität von Pflanzenstammzellen regulieren. Wir verfolgen ein integriertes Forschungsprogramm und nutzen neueste Methoden der Genetik, Genomik, Biochemie, Molekularbiologie, sowie Mikroskopie flankiert von computergestützter Datenanalyse und Modellierung. Unser Ziel ist es, die genetischen Regelkreise zu entschlüsseln, die Stammzellaktivität in Abhängigkeit von Entwicklungsstadium und Umweltreizen in der Referenzpflanze Arabidopsis thaliana steuern.
Die Abteilung Stammzellbiologie untersucht, wie eine kleine, selbstorganisierende Nische von Zellen an der Sprossspitze die pflanzliche Stammzellpopulation spezifiziert, aufrechterhält und justiert — jene Population, aus der jedes Blatt, jeder Spross und jede Blüte einer Pflanze hervorgeht — und wie dies über Tage, Jahreszeiten und Generationen hinweg gelingt. Wir verfolgen ein integriertes Programm aus klassischer und CRISPR-basierter Genetik, Einzelzell- und räumlicher Transkriptomik, Biochemie, Live-Konfokalmikroskopie und computergestützter Modellierung und nutzen Arabidopsis thaliana als Referenzsystem.
Stammzellen, kontinuierlich — ein Pflanzenleben lang.
Pflanzliche Stammzellen sitzen an den Wachstumspunkten der Pflanze — an der Wurzelspitze und am Sprossapex — und sind in spezialisierte Strukturen, die Meristeme, eingebettet. Diese liefern das lokale Umfeld, das die Balance zwischen Proliferation und Differenzierung reguliert. Da Pflanzenzellen von einer starren Zellwand umgeben sind und nicht wandern können, hängen Wachstum und Morphogenese vom streng kontrollierten Zusammenspiel von Zellteilung und Zellstreckung ab. Lokale und mobile Signale, darunter Pflanzenhormone, werden integriert, um über die gesamte Lebensspanne hinweg komplexe Gewebe zu erzeugen.
Aktuelle Forschungsthemen
- WUSCHEL und die Architektur der Stammzellnische. Wie spezifiziert und erhält der Homöodomänen-Transkriptionsfaktor WUSCHEL die Stammzellidentität an der Sprossspitze — und wie hält ein einzelnes kurzreichweitiges Signal eine Zellpopulation über Jahrzehnte des Wachstums hinweg aufrecht? Wir kartieren Zielgene, Kofaktoren und den Chromatinkontext mit zelltypgenauer Auflösung.
- Entschlüsselung kontextabhängiger genetischer Netzwerke in vivo. Welche genetischen Aktivitäten sind in jeder einzelnen Zelle eines sich entwickelnden Gewebes erforderlich, und wie verschiebt sich dieser Bedarf, wenn sich Zustand und Umwelt der Zelle ändern? Im ERC-Synergy-Projekt DECODE kombinieren wir gewebsspezifische, konditionale CRISPR/Cas9-Perturbationen mit Einzelzell-Transkriptomik und Live-Imaging in der Arabidopsis-Wurzelspitze und im Darm von Drosophila.
- Cytokinin, Auxin und Kommunikation in der gesamten Pflanze. Hormonelle Signale — vor allem Cytokinin, Auxin und Jasmonat — koppeln das Verhalten des Meristems an den entwicklungsbiologischen, metabolischen und Abwehrzustand der gesamten Pflanze. Wir kartieren, wo diese Signalwege auf den WUS-Schaltkreis treffen und wie ihre Balance auf Ebene der Transkription und des Proteinumsatzes integriert wird — einschließlich des Trade-offs zwischen Wachstum und Abwehr an der Sprossspitze.
- Die Umwelt wahrnehmen — Akklimatisierung, Regeneration und Wachstum. Tageslänge, Temperatur, Licht und Nährstoffe modulieren die Meristemaktivität. Wir fragen, wie die Nische Umweltinformation wahrnimmt, wie der metabolische Regulator TOR-Kinase beiträgt, das Wachstum zu steuern, und wie diese Parameter die Regeneration bestimmen. Als Teil des GreenRobust-Exzellenzclusters kartieren wir, wie Temperatur und Autophagie die Regeneration in Marchantia, Arabidopsis und Brachypodium beeinflussen.
Methoden
Wir verwenden klassische und CRISPR-Genetik; GreenGate-Klonierung; Bulk- und Einzelzell-/Einzelkern-Transkriptomik; räumliche Multiomik; rekombinante Proteinexpression mit in-vitro-DNA-Bindungs- und Protein–Protein-Interaktionsstudien; Multiwinkel-Live-Konfokalmikroskopie; mathematische und KI/ML-Modellierung — in Zusammenarbeit mit den Laboren Marciniak-Czochra, Velten, Sinning sowie den DECODE-Partnerlaboren (Boutros, Huber, Stegle).
Gruppenleiter
Jan Lohmann ist Universitätsprofessor und Leiter der Abteilung Stammzellbiologie am COS sowie seit 2026 Dekan der Fakultät für Biowissenschaften der Universität Heidelberg. Von 2013 bis 2025 war er Sprecher des Sonderforschungsbereichs SFB 873. Seine Forschung wurde u. a. mit dem Lautenschläger-Forschungspreis (2025), einem ERC-Synergy-Grant („DECODE“, 2018), der Wahl zum EMBO-Mitglied (2015), dem Forschungspreis der Universität Heidelberg (2014), einem ERC-Starting-Grant (2011), der President’s Medal der Society for Experimental Biology (2009), dem EMBO Young Investigator Award (2005) und einem HFSP Career Development Award (2003) ausgezeichnet.
Förderung
Die Arbeiten des Labors werden von von öffentlichen Quellen, wie der DFG, dem ERC und dem GreenRobust-Exzellenzcluster gefördert.
