Wurzeln, die einem Schwerkraftreiz ausgesetzt werden, wachsen nach unten (positiv gravitropische Reaktion), während Sprosse nach oben wachsen (negativ gravitropische Reaktion). Obwohl es allgemein bekannt ist, dass die asymmmetrische Verteilung des Pflanzenhormons Auxin in der Wurzelspitze während der gravitropischen Reaktion ein zentraler Aspekt bei der Reaktion der Wurzel auf Schwerkraftreize ist, sind die Mechanismen, die eine veränderte Neigung der Wurzel bedingen, kaum erforscht. Insbesondere sind der präzise zeitliche Ablauf der Umverteilung von Auxin, die Neuausrichtung des Wurzelwachstums und wie sich das Wachstum auf der zellulären Ebene niederschlägt, nicht/kaum bekannt. Um diese Wissenslücke zu füllen, wollen wir zeitgleich die Auxinverteilung und das Wurzelwachstum sowohl auf der zellulären Ebene als auch auf der Ebene von ganzen Geweben in dreidimensionaler Auflösung unter Normalbedingungen (1-g) und bei veränderter Schwerkraft (während der Parabelflugs) beobachten.
Während des Parabelflugs wird das Wachstum von Arabidopsis thaliana im Wildtyp, in der auxinbedingten Gravitropismusmutante pin2 und in der transgenen Auxinreporterlinie DR5::GFP aufgezeichnet. Sämlinge, die im BIM-3 Modul wachsen, werden zu verschiedenen Zeitpunkten während des Parabelflugs chemisch abgetötet. Danach werden wir quantitativ kleine Veränderungen der Zellgeometrie und des Wachstums der Arabidopsis Wurzeln in 3D bestimmen, indem wir unser neues Wurzelkoordinatensystem (iRoCS Toolbox) verwenden. Es verbindet fortgeschrittene Bildaufnahmeverfahren mit Mustererkennung und –analyse, woraus sich ein Zellatlas der Reaktion auf einen Schwerkraftreiz ableiten lässt.
Die Rückschlüsse, die aus diesem Projekt gezogen werden können, sind für das grundsätzliche Verständnis, wie Pflanzen erhöhte und niedrige Schwerkraft wahrnehmen und auf diese reagieren, von entscheidender Bedeutung. Sie können zur Vorhersage des Verhaltens von Pflanzenspezies, die potentielle Kandidaten für Raumflugmissionen sein könnten, verwendet werden.