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.
Regulatorische Netzwerke der pflanzlichen Stammzellkontrolle
Nur wenige wissenschaftliche Themen ziehen derzeit so viel Aufmerksamkeit auf sich wie Stammzellen. Obwohl alle mehrzelligen Organismen Stammzellen besitzen, konzentriert sich das öffentliche Interesse vor allem auf embryonale Stammzellen von Tieren und Menschen.
Bei den meisten Tieren ist die einzige „echte“ totipotente Stammzelle die befruchtete Eizelle und deren unmittelbare Nachkommenschaft. Pflanzenstammzellen hingegen sind während des gesamten Lebens der Pflanze totipotent und aktiv, so dass das Individuum über viele Jahre hinweg wachsen und sich entwickeln kann.
Pflanzenstammzellen befinden sich an den Wachstumspunkten einer Pflanze, also an der Wurzelspitze und an der Sprossspitze. Hier sind sie spezialisierte Strukturen eingebettet, die Meristeme genannt werden und ein lokales Umfeld bieten, das die Homöostase zwischen Proliferation und Differenzierung reguliert. Pflanzenzellen sind von einer Zellwand umgeben und daher unbeweglich; Wachstum und Morphogenese in Pflanzen beruhen daher auf einem stark kontrollierten Zusammenspiel von Zellteilung und Zellexpansion. Diese Prozesse werden sowohl durch lokale als auch durch mobile Faktoren, einschließlich Pflanzenhormonen, reguliert, und die Integration dieser Signalwege führt zur kontrollierten Entwicklung komplexer Gewebe. Unser Labor zielt darauf ab, die Mechanismen zu entschlüsseln, die diesen Prozessen zugrunde liegen, indem es modernste Methoden anwendet:
Aktuelle Forschungsfrage des Labors:
- Wie wird Stammzellenschicksal im Sprossapikalmeristem induziert und aufrechterhalten?
- Wie werden lokale tranksiptionelle signale mit systemweiten hormonellen Signalen integriert, um das Verhalten der Stammzellen mit dem Wachstumsstatus der gesamten Pflanze zu synchronisieren?
- Wie werden Umweltsignale wahrgenommen und weitergeleitet, um die Meristemaktivität zu modulieren?
- Wie wirken Gene zusammen, um die Entwicklung komplexer Gewebe zu steuern?
Da die Aktivität des Sprossmeristems durch eine Vielzahl von Faktoren gesteuert wird, die nicht von einer einzigen Gruppe im Detail untersucht werden können, konzentrieren wir unsere Analysen auf vier wesentliche Komponenten des regulatorischen Netzwerks. Zunächst untersuchen wir die Aktivität des Homöodomänen-Transkriptionsfaktors WUSCHEL (WUS) auf mechanistischer Basis, da WUS für die Stammzellinduktion und -erhaltung wesentlich ist. Diese Experimente beinhalten die zelltypspezifische Identifizierung von direkten und indirekten Zielgenen sowie die funktionelle Charakterisierung dieser Faktoren. Zweitens erfassen wir die epigenetischen Zustände verschiedener Zelltypen des Meristems, einschließlich der Stammzellen, um ein detailliertes Verständnis ihrer molekularen Identitäten zu erlangen. Drittens untersuchen wir die Interaktion von Cytokinin- und Auxin-Pflanzenhormon-Signalwegen mit der zentralen Meristem-Regulationsmaschinerie, die von WUS bereitgestellt wird. Und viertens untersuchen wir die Rolle von Umweltsignalen wie Tageslänge und Temperatur bei der Modulation der Aktivität von Stammzellen des Sprossapikalmeristems und untersuchen, wie Mechanismen der Kurzzeitakklimatisierung mit langfristiger Anpassung unter Verwendung natürlicher genetischer Variation konvergieren.
Jan Lohmann ist Mitglied der EMBO und hat eine Reihe von Auszeichnungen erhalten, darunter den Forschungspreis der Universität Heidelberg, die Präsidentenmedaille der Society of Experimental Biology, den EMBO Young Investigator Award und den HFSP Carereer Development Award.
Unsere Arbeit wird durch Mittel aus verschiedenen öffentlichen Quellen unterstützt, unter anderem von der DFG und dem ERC.
