In der folgenden Dissertationsarbeit habe ich mich mit Zelldifferenzierungsprozessen anhand der Blatthaarentwicklung der Modellpflanze Arabidopsis thaliana beschäftigt. Der Zelltyp "Trichom" eignet sich besonders um entwicklungsbiologische Fragestellungen wie beispielsweise die Initiation eines bestimmten Zellschicksals, die Generierung eines geordneten Abstandsmusters oder auch die Prozesse hinsichtlich der Ausbildung einer streng festgelegten dreidimensionalen Zellform zu untersuchen. In meiner Arbeit habe ich einige dieser Aspekte untersucht. Daher unterteile ich meine Ausführungen in die beiden Abschnitte Morphogenese (Untersuchung der Ausbildung einer bestimmten Zellform) und Trichom-Musterbilding ("pattern formation"; Analyse der Prozesse, die für die Zellschicksalsfestlegung der Blatthaare aus anfänglich nicht unterscheidbaren Zellen notwendig sind). Im Kapitel Morphogenese habe ich mich mit zwei Mutanten beschäftigt, die Störungen der Ausbildung der Zellform aufweisen. In normalen, sogenannten wildtypischen (WT) Blatthaaren wachsen die Zellen aus der Blattoberfläche aus und bilden anschließend ein stereotypisches Verzweigungsmuster. In der stichel-Mutante (sti) ist die Entstehung der Verzweigungen vollständig gestört, d.h., es entstehen keine Verzweigungen mehr. Es konnte in der Arbeit gezeigt werden, dass das STI-Gen diesen Prozess in einer Dosis-abhängigen Art reguliert. Eine Reduzierung der STI-Aktivität führt demnach zu einer Reduktion der Verzweigungen und eine Erhöhung zu einer vermehrten Verzweigung. Daneben legte die Klonierung des STI-Gens durch Hilmar Ilgenfritz eine Verbindung der Morphogenese mit bestimmten Zell-Zyklus-Prozessen nahe. Frühere Untersuchungen ergaben, dass Trichom-Zellen einen bestimmten Typ von Zellzyklus durchlaufen. Der DNA-Gehalt wird dabei wie bei einer normalen Zellteilung verdoppelt, die Zelle teilt sich jedoch nicht. Dieser Prozess wird als Endoreduplikation oder auch Endoreplikation bezeichnet. Tatsächlich kodiert STI für ein Protein, das Ähnlichkeiten mit einer DNA-Polymerase-Untereinheit besitzt, also mit einem Enzym, das maßgeblich an der Synthese von DNA während des Zellzyklus beteiligt ist. Allerdings konnte weder eine Verminderung des DNA-Gehalts in sti-Mutanten noch eine Erhöhung in Pflanzen, die STI vermehrt produzieren, beobachtet werden. Die weitere Analyse zeigte jedoch, dass STI zu einer phylogenetisch separierten Gruppe von Proteinen gehört, die bislang nur in Pflanzen gefunden wurde und wahrscheinlich nicht in direktem Zusammenhang mit den DNA-Polymerase-Untereinheiten steht. Diese Vermutung wurde weiter untermauert durch die Beobachtung, dass das STI-Protein nicht im Kern, also dem Ort der DNA-Synthese, sondern an den zukünftigen Verzweigungspunkten der Trichome gefunden wurde. STI scheint also direkt an der Ausbildung der Verzweigungen beteiligt zu sein. Die zweite Morphogenese-Mutante (cpr5), die von mir in dieser Arbeit untersucht wurde, ähnelt sti insofern, als auch hier eine starke Reduktion der Trichom-Verzweigung zu beobachten ist. Darüber hinaus konnte ich zeigen, dass es hierbei, im Gegensatz zu sti, zu einer Reduktion des DNA-Gehalts in den Trichomen der cpr5-Mutante kommt. Die weitere Analyse ergab, dass es in cpr5 zu einem Absterben der Trichome kommt, was auch in anderen Teilen der Pflanze beobachtet wurde. Daneben weist cpr5 ein vermindertes Wachstum auf und scheint in mehreren Prozessen gestört zu sein. Gemeinsam mit Viktor Kirik wurde das CPR5-Gen kloniert und es zeigte sich, dass es für ein Protein unbekannter Funktion kodiert. Die Proteinstruktur lässt keine genaueren Vermutungen über die molekulare Funktion von CPR5 zu. Im zweiten Teil dieser Arbeit konzentriere ich mich auf die Prozesse der Ausbildung des regelmäßigen Abstandsmusters der Trichome zueinander. Dabei war vor allem eine Komponente dieses Musterbildungssystems, das TTG1-Gen, noch nicht genauer charakterisiert. Ich konnte die Aktivität des TTG1-Gens in zellulärer und zeitlicher Auflösung anhand von Promoter-GUSAnalysen aufzeigen und die Lokalisation des TTG1-Proteins innerhalb der Zelle klären. Dabei zeigte sich, dass TTG1 überall in der Zone der Trichom-Musterbildung exprimiert wird und dass das Protein anfänglich überwiegend in den Kernen und mit zunehmender Entwicklung des Blattes überwiegend im Cytoplasma der Zellen zu finden ist. Allerdings behalten die Trichome die Lokalisation von TTG1 in den Kernen über ihre gesamte Entwicklung hinweg bei. Daneben konnte ich zeigen, dass TTG1 nicht-zellautonom wirkt und das Protein zwischen Zellen mobil ist. Diese Mobilität scheint auch für das Zustandekommen eines regelmäßigen Musters wichtig zu sein. Dies wird offensichtlich wenn die Mobilität des Proteins gestört oder gar verhindert wird, wobei es zu schwerwiegenden Störungen des Musters kommt
