Cysteinbionsynthese als regulatorische Schnittstelle für die ABA vermittelte Spaltöffnungsschließung

• Antragsteller: Professor Dr. Rüdiger Hell; Dr. Markus Wirtz, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452933265

Die Schließung der Spaltöffnungen von Blättern ist die schnellste und wichtigste Akklimatisierungsrektion auf trockenheitsbezogene Stressbedingungen wie Bodentrockenheit, geringe Luftfeuchte und Starklicht. Das Phytohormon Abscisinsäure (ABA) ist dabei entscheidend für die Schließung der Spaltöffnungen. Umfangreiche Studien haben den ABA Rezeptorkomplex und ABA Signaltransduktionsweg in Schließzellen charakterisiert. Im Unterschied dazu werden die räumliche und zeitliche Rolle der Synthese von ABA erst allmählich sichtbar. Unsere vorherigen Arbeiten etablierten Sulfat im Xylem als neues Langstreckensignal bei beginnendem Wasserdefizit. Wir konnten zeigen, dass Sulfat die Synthese von Cystein in Schließzellen aktiviert, dass dies die Voraussetzung für die Stimulation der de novo Bildung von ABA ist und dass dieser Prozess im Prinzip für die Schließung der Spaltöffnungen ausreicht. Auch die Schließung der Spaltöffnungen in Reaktion auf Starklichtstress hängt von der Neusynthese von Cystein und ABA ab. Im Hinblick auf die Integration der physiologischen Antworten für die Neusynthese von ABA ist jedoch unbekannt welche trockenheitsbezogenen Stressarten von Sulfat bzw. Cysteinsynthese abhängen und auf welche Art und in welchen Geweben die Stimulierung der ABA Synthese erfolgt. Wir wollen daher untersuchen in welchen Zelltypen Sulfat/Cystein die beiden limitierenden Schritte des ABA Syntheseweges stimuliert. Um die Allgemeingültigkeit der Sulfat- bzw. Cystein-stimulierten ABA Synthese für die Schließung der Spaltöffnungen zu untersuchen, sollen eine Reihe von Trockenstress-bezogenen Bedingungen getestet werden.Das Oxylipin OPDA ist an vielfältigen Stressreaktionen beteiligt, darunter die Spaltöffnungsschließung bei Bodenaustrocknung. Bislang ist jedoch kein OPDA Rezeptor und Signaltransduktionsweg bekannt. Aufbauend auf der Beobachtung, dass OPDA an das Chaperon CYP20-3 im plastidären Stroma bindet und dadurch die Assoziierung und Aktivität des Cysteinsythasekomplexes fördert, wollen wir untersuchen ob dieser dynamische Proteinkomplex als Rezeptor für OPDA fungiert, der über die Cysteinsynthese die Bildung von ABA fördert. Dazu sollen entsprechende Mutanten von Arabidopsis unter mehreren Stessbedingungen untersucht werden.Die Bestätigung dieser Hypothesen würde zu einem Konzept beitragen nach dem Pflanzen in der Lage sind verschiedene Trockenstress-Bedingungen in ein endogenes Signal zu integrieren: die Cystein-stimulierte ABA Synthese.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen