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Projekt
Diffusionsbarrieren in der Pflanzenwurzel: Entstehung und Auswirkung auf Nährstoffhaushalt und Stresstoleranz
Antragsteller
Professor Dr. Mark G. M. Aarts; Dr. Yann Boursiac; Dr. Rochus Benni Franke; Professor Dr. Florian M. W. Grundler; Professor Dr. David E Salt; Professor Dr. Jan K. Schjoerring; Professor Dr. Nicolaus von Wirén
Fachliche Zuordnung
Pflanzenphysiologie
Förderung
Förderung von 2014 bis 2017
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243701334
In der Endodermis bilden Caspary-Streifen und Suberin Einlagerungen zwischen benachbarten Zellen bzw. zwischen Plasmamembran und Zellwand. Diese Dichtungen beschränken die extrazelluläre, radiale Diffusion durch die Pflanzenwurzel. Solche Diffusionsbarrieren ermöglichen der Endodermis die Aufnahme von Wasser und darin gelösten Stoffen in die Pflanzen zu kontrollieren. Diesen Barrieren schreibt man aber auch eine Bedeutung als chemische oder physikalische Hürde gegen das Eindringen von Wurzelpathogenen zu, einschließlich parasitischen Nematoden die sich in Leitbündeln entwickeln. Die molekularen Mechanismen der Synthese und Ablagerung dieser Barrieren sind noch weitgehend unbekannt. Daher bestehen noch große Wissenslücken zur detaillierten Funktionsweise dieser Barrieren und wie diese durch Veränderung ihrer Eigenschaften für agronomische Zwecke nutzbar gemacht werden kann. Dazu haben wir ein interdisziplinäres Forschungsprojekt entworfen, welches molekulare Pflanzenwissenschaften mit chemischer Analytik, Pflanzenphysiologie und Modellierung vereinigt. Ziel dieses Projektes ist es, über mehrere Ebenen, vom Molekül bis zur ganzen Pflanze, das Wissen um die Biologie des Caspary-Streifens und Suberin zu vervollständigen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden molekulare Ansätze zur Veränderung von Caspary-Streifen und Suberin ermöglichen und neue Wege eröffnen für die Entwicklung von Nutzpflanzen mit verbesserter Nährstoff- und Wassernutzungseffizienz, erhöhter Toleranz bei Salz- und Trockenstress und gesteigerter Resistenz gegen Wurzelpathogene. Diese Eigenschaften sind essentiell wenn wir Nutzpflanzen entwickeln wollen, die den vorhergesagten Belastungen durch Klimawandel und schwindender Bodenfruchtbarkeit standhalten, aber in nachhaltiger Weise höhere Erträge liefern sollen, um dem Bedarf der wachsender Weltbevölkerung gerecht zu werden. Durch Kombination genomischer, molekulargenetischer, chemischer, biochemischer und zellbiologischer Ansätze werden wir neue Gene in der Biosynthese von Caspary-Streifen und Suberin identifizieren und die beteiligten molekularen Mechanismen darstellen. Diese synergistischen Untersuchungen werden neuartige genetische Ressourcen und Erkenntnisse über die Funktion dieser physikalischen und chemischen Barrieren sowohl bei der Wasser- und Nährstoffaufnahme, als auch bei der Infektion mit parasitischen Nematoden liefern. Zudem werden obige Ansätze die ökologische Funktion dieser Barrieren und ihre Relevanz für Anpassungen an landwirtschaftlich bedeutende, abiotische Stressbedingungen wie Wasser-, Salz- und Nährstoffmangel (bzw. Überschuss) herausstellen. Des Weiteren werden aufbauend auf diesen neuen Einsichten auch mathematische Modelle entwickelt, welche die ermittelten Erkenntnisse über molekulare Mechanismen mit den physiologische Prozessen auf Gewebe- und Pflanzenebene integrieren, um so Vorhersagen zu ermöglichen die Barriereeigenschaften mit Funktionen der ganzen Pflanze verbinden.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
Internationaler Bezug
Dänemark, Frankreich, Großbritannien, Niederlande
