Dies steht im Widerspruch zu dem bisherigen Verständnis der Auxinwahrnehmung und Signaltransduktion, bei der sich die Transkription von auxin-gesteuerten Genen verändert

Dieses Projekt hatte das Verständnis der molekularen Grundlage des Gravitropismus der Wurzel zum Ziele – die Fähigkeit der Wurzeln, mit dem Gravitationsfeld nach Wasser und Nährstoffen zu suchen. Wurzeln nehmen Gravitationsstimuli an ihrer Spitze wahr – in den sogenannten Columella-Zellen – von wo sie die Information über die geänderte Gravitationsrichtung mit Hilfe des Phytohormons Auxin an die Zellen der Epidermis weitergeben. Auxin inhibiert in kürzester Zeit die weitere Ausdehnung der entsprechenden Epidermiszellen, wodurch sich die Wurzel nach unten drehen kann. Obwohl dieses Phänomen eine der am Besten untersuchten Wirkungen von Auxin darstellt, ist der molekulare Mechanismus, der die Zellausdehnung verhindert, weitgehend ungeklärt. Für diese Studie entwickelten wir mittels eines spezifischen konfokalen Lasermikroskops eine technisch geeignete Methode in der Pflanzenwurzeln in ihrer natürlichen Wachstumsrichtung – vertikal – beobachtet werden können. Ausgestattet mit einer Software zum automatischen Verfolgen von Wurzelspitzen („root tip tracking“) und einer Microfluidplattform war es möglich, die Auswirkungen diverser Stimuli auf Wurzeln in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu analysieren. In der Echtzeitanalyse nach Zugabe von Auxin konnten wir zeigen, dass Geschwindigkeit und Dynamik der Verhaltensänderung der Wurzeln das bis dahin postulierte Verständnis der Wirkung dieses Phytohormons infrage stellt: Wurzeln reagierten extrem schnell auf die Präsenz von Auxin, fingen aber auch sofort nach Entfernen des Hormons wieder zu wachsen an. Dies steht im Widerspruch zu dem bisherigen Verständnis der Auxinwahrnehmung und Signaltransduktion, bei der sich die Transkription von auxin-gesteuerten Genen verändert. Wir konnten unsere Hypothese mittels pharmakologischen Behandlungen, mathematischen Modellen, Genetik und synthetischer Biologie bestätigen. Deshalb postulieren wir einen neuartigen Zweig der auxin-gesteuerten Signaltransduktion, welcher im Gravitropismus der Wurzel aktiv ist. Die Ergebnisse dieser Studie haben Bedeutung über die Grenzen der Gravitationswahrnehmung in Wurzeln hinaus, da Auxinwahrnehmung für nahezu alle Aspekte des Lebens von Pflanzen entscheidend ist.