Science goes school. Schuljahr 2016/17. Prof. Jochen Wittbrodt, Dr. Michaela Bollen

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1 Science goes school Schuljahr 2016/17 Prof. Jochen Wittbrodt, Dr. Michaela Bollen

2 Inhaltsverzeichnis Seiten 1. TeilnehmerInnen des Schuljahres 2016/ Zusammenfassungen der Doktorarbeiten Feedbacks und Fotos zu den Schulpräsentationen

3 1. TeilnehmerInnen des Schuljahres 16/17 Name AG Titel der Doktorarbeit Datum und Ort der Schulpräsentation Erika Tsingos Wittbrodt Computer-gestützte Modellierung des wachsenden Fischauges 5.4. und 2.6. am Feudenheim- Gymnasium MA Jubin Shah Johnston Stress an important link regulating fate of reproduction in evolution Clara Becker Wittbrodt Die Rolle des Insulin- Signalweges in der Retina von Fischen Nina Tonn Greb Damit das Essen auch ankommt Ausbau von Transportsystemen in Pflanzen Michael Fuchs Lohmann Über die Fähigkeit zu einer gerichteten Zellzu-Zell Wanderung des pflanzlichen Stammzellregulators WUSCHEL Naima Ruhland Lemke Die Evolution der Mesodermeinwanderungwas passiert hier genau? Theresa Schlamp Greb Kann die Veränderung von Zellwandeigenschaften Differenzierungsprozesse in der Sprossachse von Arabidosis Thaliana auslösen? Gymnasium Bammental, Feudenheim- Gymnasium MA am KFG HD und am Lise Meitner Gymnasium in Königsbach-Stein am Feudenheim- Gymnasium MA am Maria von Linden Gymnasium Calw und am Helmholtz- Gymnasium HD am Helmholtz- Gymnasium HD 3

4 2. Zusammenfassungen der Doktorarbeiten Erika Tsingos Computer-gestützte Modellierung des wachsenden Fischauges In mehrzelligen Organismen spezialisieren sich Zellen auf bestimmte Aufgaben, sie werden z.b. zu Muskelzellen, Hautzellen, oder Nervenzellen. Durch ihre Spezialisierung verlieren diese sogenannten differenzierte Zellen meistens ihre Fähigkeit zur Zellteilung. Ohne Zellteilung kann ein Organismus weder wachsen, noch Wunden heilen. Dafür zuständig sind undifferenzierte Zellen, die weiterhin teilungsfähig sind: die Stammzellen. Verschiedene Typen von Stammzellen unterscheiden sich darin, wie oft sie sich teilen, bevor sie selber auch differenzieren, oder wie viele unterschiedliche differenzierte Zellen aus einer Stammzelle entstehen können. Stammzellen werden nur aktiv, wenn sie gebraucht werden: bei Wachstum und Regeneration. Teilt sich eine Zelle unkontrolliert, kann das zu Krebs führen. Wachstum, Regeneration, Krebs: Um diese Prozesse besser zu verstehen und eventuell gezielt zu verändern, muss man die Funktionsweise von Stammzellen erforschen. Im Vergleich zu differenzierten Zellen gibt es nur wenige Stammzellen, und diese verharren je nach Gewebe oft im inaktiven Zustand. Außerdem ist Forschung an Menschen aus praktischen und ethischen Gründen meist unmöglich. Wegen des gemeinsamen evolutionären Ursprungs aller Lebewesen findet man oft dieselbe biologische Prozesse in sehr unterschiedlichen Tierarten. Um das Verhalten von Stammzellen in ihrer natürlichen Umgebung zu erforschen, werden deshalb Modellorganismen wie z.b. Fische verwendet. Fische wachsen lebenslang, was wiederum bedeutet, dass in jedem Organ lebenslang Stammzellen aktiv sind. In der Gruppe, in der ich arbeite, erforschen wir das Wachstum des Fischauges. Das Auge besteht aus Nervengewebe. Ein besseres Verständnis dafür, wie sich neue Nervenzellen bilden, und sich in ein bestehendes Gefüge von neuronalen Verbindungen integrieren, kann künftig zu besseren Therapien bei neurodegenerativen Krankheiten führen. Die Stammzellen im Fischauge sitzen ringförmig um die Linse herum; diese Struktur wird auf Englisch ciliary marginal zone (ziliäre Randzone, CMZ) genannt. Wenn man alle Stammzellen als Population betrachtet, sieht man, dass neue differenzierte Nervenzellen in konzentrischen Ringen aus der CMZ entstehen. Wenn man allerdings einzelne Stammzellen und deren Nachkommen betrachtet, sieht man ein heterogenes Streifenmuster. Einige Streifen sind überproportional breit oder schmal, was wiederumbedeutet, dass nicht alle Stammzellen dasselbe Teilungsverhalten haben. Was ist der Ursprung dieser Unterschiede? Wie kann es sein, dass das Auge seine perfekte Form beibehält, obwohl sich Stammzellen so unterschiedlich teilen? Wie koordinieren Stammzellen in verschiedenen Geweben des Auges ihr Wachstum, damit das Auge gleichmäßig wächst? Um diese Fragen zu beantworten, benutze ich ein Computer-gestütztes Modell. Ich modelliere das Auge als eine Halbkugel, die von kleineren Kugeln, den Zellen, bedeckt ist. Die Halbkugel bläht sich auf, um Wachstum zu simulieren. Zellen am Halbkugelrand, der virtuellen CMZ, dürfen sich mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit teilen. Mit diesem Modell lässt sich im Zeitraffer nachverfolgen, was individuelle Stammzellen machen, und in welchemmuster sich ihre Nachkommen organisieren. Dieses einfache Modell spiegelt viele Eigenschaften des Fischauges wider: Die virtuellen Nervenzellen entstehen in konzentrischen Ringen, aber einzelne Stammzellen und deren Nachkommen wachsen unterschiedlich. Indem es das System virtuell von Grund auf aufbaut, hilft das Computer-Modell dabei, komplexe Zusammenhänge zu verstehen und die Ergebnisse von Experimenten besser zu interpretieren. Außerdem zeigt der Vergleich zwischen Experimenten an Tieren und Modell, dass unterschiedliche Gewebe im Auge unterschiedliche Strategien des Wachstums verfolgen: Die neurale Retina, die die Photorezeptoren enthält, gibt den Wachstumstakt an und formt das Auge; das Pigmentgewebe, das die Retina umgibt, folgt dem vorgegebenen Takt. 4

5 Jubin Shah Title- Stress an important link regulating fate of reproduction in evolution/ Reproduction, Stress and Evolution A Puzzle beyond Rubik s cube Abstract - Plants and animals have evolved across millions of years to develop into present day organisms. An extremely complex network of molecular signatures underlies the developmental processes generating diversity across both the systems. Reproduction remains a key process in the life cycle of majority of the living organisms and also decides the fate and fitness of the future generations. Each of these process, like reproduction are facilitated by specific cells in the living organisms. These individual cells may vary depending on the organisms, e.g. plants and animals. Further adding more layer of complexity includes changes associated with DNA, RNA and Proteins of these individual cells and interaction among each of these components. The regular reproduction pattern understood till date includes sexual reproduction involving 2 parents at organism or tissue level. However, natural variations and evolutionary mechanisms has also provided us with alternative form of reproduction termed asexual reproduction. Overall the percentage of asexual reproduction is rare and found only in 1% of organisms. Yet, the reason for occurrence of alternative form of reproduction in nature remains an important question to be addressed. I am addressing this question in two parallel projects by using two plant systems a) Arabidopsis Thaliana a model system that reproduce sexually; and b) Boechera a naturally occurring system in wild that surpasses sexual reproduction and undergoes asexual reproduction also termed apomixis, respectively. Our lab has developed a unique set of natural genetic tool in Arabidopsis which generates features of asexual reproduction without hampering the capacity to reproduce sexually. In parallel, major focus of my project involves understanding changes happening in wild using Boechera as the model system. The current set of results from the parallel projects indicate stress as one of the important parameter regulating process of reproduction. Stress is an important component of nature and the exposure of the organisms to stress may vary based on geographic locations, type of organisms and many other parameters. While current theories propose increased sexual behavior under stress, our results indicate asexuals demonstrate increased buffering capacity to stressful environment compared to their sexual counterpart without showing high deviation in their reproductive behavior. We hypothesize this pattern of response from asexuals could be attributed to fixation of asexuality in these organisms over evolutionary time line and channeling of energy saved from avoiding sexual reproduction towards better tolerance of stress. It is also interesting to understand that many of the asexually reproducing organisms are found in stressful/extreme and isolated environments, which supports our hypothesis of asexually reproducing organisms surviving in such conditions. The results are well supported by the preliminary molecular work carried out in this direction under the project. This part of the work contributes to the basic understanding of asexual reproduction and mechanisms involved in it. The application part of the project, which is also currently one of the hottest topics of research in plant sciences includes introducing these mechanisms in crop plants in order to obtain best varieties of crops and sustaining these varieties in different stress. The project involves in-depth use of combined approaches like Genetics, Computational analysis of large scale data, Molecular techniques and most important curiosity to discover. 5

6 Clara Becker Die Rolle des Insulin-Signalweges in der Retina von Fischen In der Embryonalentwicklung muss ein Organismus schnell und viel wachsen, und das heißt auch, dass sich viele Zellen häufig teilen müssen. Nach Abschluss der Embryogenese wird beim Menschen das Wachstum zwar fortgesetzt, aber verlangsamt sich dabei und stoppt in der Pubertät komplett. Bei Fischen hört das Wachstum nie auf, sondern sie werden kontinuierlich größer, und dabei wachsen auch alle Organe mit. Dafür sind in allen Organen Stammzellen vorhanden, die neue Zellen generieren. Ausgewachsene Menschen haben nur noch in wenigen Organen, die viele neue Zellen bilden müssen, aktive Stammzellen, wie z.b. im Darm oder in der Haut. Stammzellen zeichnen sich dadurch aus das sie sich selbst erhalten können, d.h. bei einer Zellteilung entstehen zwei Zellen mit unterschiedlichen Charakteristiken, eine Stammzelle und eine Vorläuferzelle die sich weiter teilen und dabei mehr spezialisieren wird. Die zunehmende Spezialisierung (Differenzierung) der Zelle ist dabei die Bremse der Zellteilung. Ist die Balance zwischen Zellteilung und Differenzierung gestört kann dies entweder zu Verlust oder überschüssigem Gewebe (Tumore) führen. Wachstumssignalwege spielen in der Embryonalentwicklung und im späteren Wachstum eine entscheidende Rolle, da sie die Zellteilung regulieren. Bei Krebs ist häufig eine verstärkte Aktivität von Wachstumssignalwegen für vermehrte Zellteilung verantwortlich, die durch Mutation, Duplikation oder veränderter Regulation von Onkogenen (Gene, die Krebs erzeugen) hervorgerufen wird. In Tiermodellen werden diese Onkogene genutzt um herauszufinden wie Krebs entsteht, wächst und behandelt werden kann. Ein Organ, das auch bei erwachsenen Fischen kontinuierlich wächst, ist das Auge. Die Netzhaut (Retina) des Auges, als Teil des zentralen Nervensystems von Wirbeltieren, zeichnet sich durch eine komplexe und stereotypische Anordnung von Nervenzellen aus. Das Zusammenspiel der unterschiedlichen Neuronen in den drei Zellschichten der Retina garantiert eine optimale Weiterleitung von Lichtimpulsen an das Gehirn. Werden Neuronen beschädigt, führt dies zum Verlust des Augenlichtes, da z.b. Fische und Amphibien, anders als Säugetiere, die Fähigkeit besitzen, die Retina nach Beschädigung zu regenerieren. Dafür sind die retinalen Stammzellen verantwortlich. Bei Säugetieren verändert das Auge im Erwachsenenalter weder Größe noch Zusammensetzung und besitzt daher auch keine Stammzellen mehr. In meinem Projekt untersuche ich, wie das Auge vom Medakafisch während des Wachstums die Zellteilung und -differenzierung kontrolliert und reguliert, und wie die Retina mit erhöhten Wachstumssignalen umgeht. Im Besonderen schaue ich mir die Rolle des Insulinsignalwegs, der zu den Wachstumssignalwegen gehört, in diesen Prozessen an. Dabei interessiert mich ob retinale Stammzellen oder deren direkte Nachkommen zur erhöhten Zellteilung getrieben werden können und wie sich das auf ihre Spezifizierung auswirkt. Durch das Markieren einzelner Stammzellen kann man der Teilung einzelner Stammzellen folgen und so die Auswirkungen von unterschiedlichen Faktoren auf das Verhalten dieser Zellen untersuchen. Diese Methode machen wir uns zu Nutze um Hinweise zu finden warum die Retina im Gegensatz zu anderen Geweben fast nie Tumore ausbildet. 6

7 Nina Tonn Damit das Essen auch ankommt Ausbau von Transportsystemen in Pflanzen Iss deinen Teller leer, damit du groß und stark wirst!, diesen Satz hat bestimmt jeder als Kind zu hören bekommen. Aber wenn wir Mitte Zwanzig und ausgewachsen sind, werden wir trotz regelmäßiger Mahlzeiten kein Stückchen größer, höchstens breiter. Bei Pflanzen funktioniert das anders. Ob Mammutbaum oder Mauerblümchen, Pflanzen besitzen die Fähigkeit, Zeit ihres Lebens zu wachsen, sowohl in die Höhe, als auch in die Breite. Im Fachjargon heißt dieser Vorgang Längen- und Dickenwachstum. Ermöglicht wird dieses ewige Wachstum durch sogenannte pflanzliche Stammzellen, die an den Spitzen von Spross und Wurzel, sowie mitten im Stamm, eingelagert sind. Je größer eine Pflanze wird, also je höher und breiter sie wächst und je mehr Seitentriebe sie ausbildet, desto mehr Nahrung wird benötigt. Generell wird Wasser durch Wurzeln aus der Erde gefiltert und über verholzte Kanäle bis in die Blätterspitzen transportiert. In den Blättern wir bei Sonnenlicht Zucker produziert, der wiederum über Nahrungsgewebe bis zur kleinsten Seitenwurzel gelangen kann. Bei steigender Pflanzengröße braucht es in regelmäßigen Abständen zusätzliche Transportsysteme, die Wasser und Zucker in der Pflanze umverteilen. Jahresringe in Baumstämmen sind ein gutes Bespiel dafür, wie regelmäßig neue Wasserkanäle ausgebildet werden. Hierfür spielen die bereits erwähnten pflanzlichen Stammzellen eine überlebenswichtige Rolle. Über komplexe Signalwege, die wie Stille Post von Zelle zu Zelle weitergeleitet werden, erreichen Stammzellen die Information, dass zusätzliche Zellen für einen Ausbau der Transportsysteme benötigt werden. Daraufhin werden durch vermehrte Teilung von Stammzellen und anschließende Spezialisierung der Gewebetypen zusätzliche innere Wasserleitungen (Holz) und Speichergewebe (Bast) produziert. Im Rahmen meiner Doktorarbeit untersuche ich, welche Signalmoleküle eine besonders wichtige Rolle bei der frühen Ausbildung von Transportsystemen in der Wurzel spielen. Dazu analysiere ich Wachstums- und Entwicklungsdefizite von genetisch veränderten Pflanzen. Mein Ziel ist es, zentrale Regulatoren unter den Signalmolekülen aufzudecken und ihre spezifische Funktion während des pflanzlichen Wachstumsprozesses bis ins Detail zu verstehen. 7

8 Michael Fuchs Über die Fähigkeit zu einer gerichteten Zell-zu-Zell Wanderung des pflanzlichen Stammzellregulators WUSCHEL Das Sprossapikalmeristem (SAM) beherbergt Stammzellen, die während des gesamten Lebenszyklus einer Pflanze neue Organe und Gewebe produzieren und ist damit letztlich die Quelle allen überirdischen pflanzlichen Wachstums und Entwicklung. Aufgrund seiner Wichtigkeit für die Pflanze ist das SAM einer strikten Regulierung unterworfen, um Zellteilung und Zelldifferenzierung zu kontrollieren und aufeinander abzustimmen. Ein besonders wichtiger Regulator im Meristem des Modelorganismus Arabidopsis thaliana ist hierbei der Homeobox Transkriptionsfaktor WUSCHEL (WUS). WUS fördert Zellteilung und damit das Stammzellschicksal. Interessanterweise wird das WUS-Gen jedoch nicht in den Stammzellen selbst exprimiert, sondern ausschließlich in einem Bereich des Meristems unterhalb der eigentlichen Stammzellen. Das fertige WUS-Protein wandert dann allerdings aus seiner Ursprungszelle von Zelle zu Zelle im Meristem nach oben bis es die Stammzellen erreicht. Diese Zell-zu-Zell Bewegung geschieht mittels Zytoplasmaverbindungen zwischen den Zellen, genannt Plasmodesmata, und ist absolut essentiell für die WUS Funktion, die Regulation des Sprossapikalmeristems und eine normale Pflanzenentwicklung. Trotz ihrer Bedeutung für die Pflanze ist bislang nicht bekannt wie diese gerichtete Zell-zu-Zell Fortbewegung des WUSProteins erreicht wird. In unseren Experimenten verändern wir das WUS-Protein gezielt und analysieren anschließend die Fähigkeit zu einer gerichteten Zell-zu-Zell Bewegung entsprechender WUS-Fusionsproteine mit grün fluoreszierendem Protein (GFP). Hiermit können wir die WUS Proteinwanderung aus drei verschiedenen Winkeln beleuchten: Erstens wollen wir Aminosäuresequenzen von denen bekannt ist, dass sie die WUS Wanderung beeinflussen weitergehend charakterisieren. Zweitens planen wir die zeitlichen Abläufe und die Dynamik der WUS Fortbewegung näher zu untersuchen. Drittens werden wir die Fähigkeit von WUS zu gerichteter Zellwanderung in einem evolutionären Kontext analysieren. Hierfür werden wir die Zell-zu-Zell Bewegung und die Funktionalität von WUS orthologen Genen aus anderen Spezies in Arabidopsis thaliana untersuchen, ebenso wie Aminosäureaustausche in unterschiedlichen Arabidopsis thaliana Ökotypen, also in Variationen der selben Spezies. Indem wir die Erkenntnisse dieser drei experimentellen Ansätze kombinieren, hoffen wir der Aufklärung eines (möglicherweise evolutionär konservierten) Mechanismus für die gerichtete Wanderung des Stammzellregulators WUSCHEL näher zu kommen und unser Verständnis darüber wie sich die Regulierung von WUS und der Bewegung des WUS-Proteins auf die pflanzliche Entwicklung und die Stammzellen im SAM niederschlägt zu vertiefen. 8

9 Naima Ruhland Die Evolution der Mesodermeinwanderung- was passiet hier genau? Höhere Tiere haben bekanntlich sehr viele Zellen, die ganz unterschiedliche Arbeiten im Körper verrichten. Grob können die Zellen in 3 Kategorien eingeteilt werden: 1. Zellen, die für die Wahrnehmung der Umwelt wichtig sind (z.b. Haut, Linse, Nervenzellen); 2. Zellen, die wichtig für die Nährstoffaufnahme sind ( Darm, Leber, Bauchspeicheldrüse etc), und 3. Zellen, die die Maschine Körper am laufen halten (Muskel, Knochen, Blutzellen u.a.). Jede dieser Kategorien wird schon früh in der Entwicklung festgelegt, wenn der Embryo noch aus sehr wenigen Zellen besteht. Die Anlagen für die Kategorien heißen hier Ektoderm ( äußere Haut ), Endoderm ( inner Haut ) und Mesoderm ( mittige Haut ) (Fig 1). Fig. 1 Darstellung der Keimblätter während der Entwicklung Quelle Bei vielen Tierarten ist die korrekte Position dieser Anlagen die erste physiologische Veränderung, die man im Embryo beobachten kann, abgesehen von der Zellteilung. Besonders gut ist die Entwicklung für die Fliege Drosophila melanogaster beschrieben. Der frühe Fliegenembryo hat in etwa die Form eines american football, nur sehr viel kleiner. Die Zellen liegen außen, und innen befindet sich der Dotter, der den Embryo mit Nährstoffen versorgt. Zu diesem Zeitpunkt sehen alle Zellen von außen betrachtet gleich aus, aber unterscheiden sich schon in den Proteinen, die sie produzieren. Die unterschiedliche Ausstattung an Proteinen zeigt, zu welcher der drei oben genannten Kategorien sie zählen. Die Zellen, die sich ganz unten im Embryo befinden, werden beispielsweise zum Mesoderm. In einem sehr koordinierten Vorgang verändern alle mesodermalen Zellen gleichzeitig ihrer Form. An der Außenseite zieht sich ihr Zellskelett zusammen, und verlängern sich nach innen. So werden aus kastenförmigen Zellen, die Keilen ähneln. Da alle Zellen diese Bewegung gleichzeitig machen und währenddessen eng miteinander verbunden sind, wölbt sich das Gewebe nach innen und formt eine Art Rohr innerhalb des Embryos. Die Zellen, die nicht Teil des Mesoderms werden, bleiben von diesem Vorgang unbeeinflusst. Sie schließen die Öffnung, die durch die Mesodermeinwanderung auf der Außenseite des Embryos entstanden ist. Nachdem der Embryo wieder geschlossen ist, lösen die innere, mesodermalen Zellen ihre Zellverbindungen und lagern sich an der Innenseite an. So ist aus einem Embryo mit nur einer Schicht Zellen ein vielschichtiger Embryo geworden. Jetzt kann Zellteilung beginnen und die Zellen spezialisieren sich für ihre zukünftige Rolle im Körper. Aber nicht in allen Tiere läuft die Mesodermeinwanderung gleich ab. Selbst innerhalb der Ordnung der Fliegen gibt es große Unterschiede. Ein Beispiel ist die Mücke Chironomus riparius. Auch hier 9

10 werden die Zellen, die ganz unten im Embryo liegen, zum Mesoderm. Aber anders als in der Fruchtfliege verhalten die Zellen sich nicht wie ein zusammenhängendes Gewebe, sondern wandern alle unabhängig von einander ein. Dazu lösen sie erst ihre Verankerungen zu den Nachbarzellen, lösen sich aus dem Zellverbund und wandern einzeln ins Innere des Embryo. Fig.2: Unterschied in der Mesodermeinwanderung in verschiedenen Fliegenarten Urbansky et al 2016 Man nimmt an, dass das unkoordinierte Zellverhalten der Mücke die evolutionär ältere Variante ist, also mehr dem ähnelt, wie die ursprünglichen Insekten sich verhielten. Das koordinierte Zellverhalten in der Fruchtfliege ist demnach mehr evolviert und hat sich neuen Lebensumständen angepasst. Interessanterweise kann man aber die Evolution nachspielen. Man kann das mehr chaotische Zellverhalten der Mücke in einen koordinierten Prozess umwandeln, wenn man leichte Änderungen in der Proteinexpression durchführt. In meiner Doktorarbeit beschäftige ich mich damit, was sich auf der zellbiologischen Ebene verändert, wenn man die Zellen der Mücke künstlich evolvieren lässt. Was passiert mit den Zellverbindungen? Werden die Zellen keilförmig wie in der Fruchtfliege? Oder passiert etwas ganz anderes, was wir noch nicht vorhersehen können? Um genaue Aussagen zu treffen, mache ich mir life imaging zu nutze, also mikroskopische Aufnahmen einzelner Proteine, während der Embryo noch lebt und sich entwickelt. 10

11 Theresa Schlamp Kann die Veränderung von Zellwandeigenschaften Differenzierungsprozesse in der Sprossachse von Arabidosis Thaliana auslösen? Leben wird anhand von fünf Eigenschaften definiert. Ein Lebewesen muss über seinen Energie- und Stoffwechsel in Wechselwirkung mit seiner Umwelt stehen. Diese Prozesse werden reguliert und in einem Gleichgewichtszustand gehalten Homöostase. Chemische oder physikalische Änderungen in der Umgebung können wahrgenommen und verarbeitet werden reizbar. Lebewesen sind reproduktionsfähig, wachsen und sind zur Entwicklung (Differenzierung) fähig. Abb1.: Querschnitt durch den Stamm von Arabidosis Thaliana; links: Phase des Längenwachstums, rechts: Phase des Dickenwachstums (geschlossener Stamzellring (rot)) [P.Sanchez et al., From thin to thick: major transitions during stem development, Trends in Plant Science February 2012, Im Gegensatz zu den meisten Tieren, die nach der Wachstumsphase nicht mehr weiter an Größe zunehmen, wachsen höhere Pflanzen ihr Leben lang. Zeitliche und räumliche Kontrolle des Wachstums und der Differenzierung sind notwendig. Pflanzliches Wachstum und Differenzierung werden überwiegend von Phytohormonen (Auxin, Gibberellin, Cytokinin) gesteuert. Wie genau Phytohormone diese Prozesse steuern ist noch nicht vollständig verstanden. Wachstumsprozesse in Pflanzen werden in Längen- und Dickenwachstum unterschieden. Längenwachstum lässt den Spross und die Wurzeln in Längsrichtung wachsen, dazu sind Stamzellen an Spross- und Wurzelspitze notwendig. Dickenwachstum ist wichtig um die Pflanze stabil gegen Umwelteinflüsse und gegen ihr eigenes Gewicht zu machen. Die Stamzellen, die für das Dickenwachstum benötigt werden, befinden sich in der Phase des Längenwachstums ausschließlich in den vaskulären Bündeln, in der Phase des Dickenwachstums bilden die Stamzellen (siehe Abb.1.: rot) einen geschlossenen Ring, der es möglich macht gleichmäßig, differenziertes Gewebe nach innen (Xylem (siehe Abb.1.:blau)) und nach außen (Phloem (siehe Abb.1.: gelb)) zu bilden. In meinem Promotionsprojekt untersuche ich, ob das Pflanzenhormon Auxin durch seine Wirkung auf die Zusammensetzung und damit auf die physikalischen Eigenschaften der Zellwand, Differenzierung von Stamzellen in der Sprossachse von Arabidopsis Thaliana (Thale Kresse) auslöst. Anschließend möchte ich herausfinden ob auch die ausschließliche Veränderung der Zellwand als Startsignal für Differenzierungsprozesse ausreichend ist. Um diese Fragen zu beantworten, werden genetisch veränderte Pflanzen (Arabidosis Thaliana) verwendet, die es ermöglichen die Biosynthese von Auxin in einer bestimmten Zellschicht anzuregen. Auch die Zusammensetzung und die physikalischen Eigenschaften der Zellwand sollen gezielt in einer Zellschicht verändert werden. Anschließend wird untersucht wie sich die Zellwandeigenschaften verändert haben und ob durch diese Eingriffe Dickenwachstum angeregt werden kann. Dafür werden verschiedene Methoden, wie Histologie, Antikörperfärbung und Streulichtmikroskopie genutzt. Zu klären ob und wie physikalische Signale (Zellwand) zu Differenzierungsprozessen führen, wird helfen Wachstumsprozess und deren Regulierung in Pflanzen besser zu verstehen. Sind diese Prozesse verstanden, könne sie beispielsweise genutzt werden um Dickenwachstum in Nutzpflanzen gezielt zu beeinflussen. Damit könnten beispielsweise Wurzelgemüse gezielt verdickt werden. Die Ausbeute von Nutzpflanzen pro m 2 Nutzfläche könnte somit erhöht werden. 11

12 3. Fotos und Feedbacks zu den Schulpräsentationen 12

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