Prof. Thomas Greb Entwicklungsphysiologie
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.
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.
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.
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
Höfler M, et al. Alim K (2024) Mechanical forces instruct division plane orientation of cambium stem cells during radial growth in Arabidopsis thaliana. Curr Biol 34(23):5518–5531.e4
Hunziker P & Greb T (2024) Stem cells and differentiation in vascular tissues. Ann Rev Plant Biol 75:11.1–11.27
Wallner ES, et al. (2023) OBERON3 and SUPPRESSOR OF MAX2 1-LIKE proteins form a regulatory module driving phloem development. Nat Commun 14:2128
Lebovka I, et al. (2023) Computational modelling of cambium activity provides a regulatory framework for simulating radial plant growth. eLife 12:e66627
Shi D, et al. (2021) Tissue-specific transcriptome profiling of the Arabidopsis inflorescence stem reveals local cellular signatures. Plant Cell 33(2):200-223
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
