Entschlüsselung der Regulation von Abscisinsäure Transport und Homöostase unter Wasser Mangel in Arabidopsis.

• Antragsteller: Dr. Rainer Waadt
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 507930987

Eine der größten Herausforderungen unserer Zeit ist der Klimawandel, welcher sich negativ auf den Wasserhaushalt von Pflanzen auswirkt, und so Ernteerträge bedroht. Die Anpassung von Pflanzen an Wassermangel wird durch differenzierte Wahrnehmungs- und Signalmechanismen vermittelt, welche zu einem erheblichen Teil von dem Hormon Abscisinsäure (ABA) und dem sekundären Botenstoff Ca2+ reguliert werden. Forschungen an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) ergaben, dass unter Wassermangel in Wurzeln Langstreckensignale die Biosynthese von ABA in Leitgeweben von Blättern induzieren. Von dort wird ABA in die Schließzellen transportiert, um die Transpiration zu regulieren, und in die Wurzeln, um die Entwicklung von Seitenwurzeln zu unterdrücken und das hydrotropische Wachstum der Hauptwurzel entlang eines Wassergradienten zu gewährleisten. Obwohl mehrere ABA Transporter identifiziert wurden, ist es bisher unklar, welche Mechanismen für den ABA Transport in die Wurzeln verantwortlich sind. Weiterhin ist unklar, wie der Langstrecken ABA Transport mit der lokalen Ausschüttung aus intrazellulären Kompartimenten koordiniert wird.In vorherigen Arbeiten habe ich Biosensoren entwickelt, die es mir erlauben, Dynamiken und Signalantworten von ABA und Ca2+ auf einer zellulären-, gewebe- und organismischen Skala zu untersuchen. Mit Hilfe dieser Biosensoren habe ich einen ABA Konzentrationsgradienten in Arabidopsis entdeckt und den ABA Transport beobachtet. Vorläufigen Forschungsergebnisse weisen auch darauf hin, dass ein Langstreckentransport von ABA zwischen Spross zu Wurzel existiert und dass Ca2+ Signale die Akkumulation von ABA in Wurzeln induzieren. Simultane ABA und Ca2+ Analysen ergaben, dass hyperosmotischer Stress schnelle Ca2+ Signale und eine langsame Akkumulation von ABA in Wurzeln hervorruft. Wie ABA Transport und Homöostase durch Ca2+ Signale reguliert werden, ist eine meiner zentralen Fragestellungen. Um dies auf zellulärer Ebene zu untersuchen, habe ich ein biosensor-basiertes HEK293T Zellexperiment etabliert, welches mir erlaubt, die Aktivität von ABA Transportern in einem heterologen System zu untersuchen.Mein langfristiges Ziel ist die Erforschung, wie Pflanzen den Transport, die Biosynthese und die intrazelluläre Ausschüttung von ABA regulieren, um eine Anpassung an Dürrebedingungen zu gewährleisten. In diesem Projekt möchte ich folgende Ziele erreichen:1) Beschreibung der ABA Transport- und intrazellulären Ausschüttungsmechanismen, die zur Trockenstress Adaption in Wurzeln beitragen.2) Beschreibung der Ca2+- und CLE25 Peptid-abhängigen Mechanismen, die zur ABA Biosynthese in Blättern und Dürre Adaption in Wurzeln beitragen.Indem ich diese Zielsetzungen verfolge, möchten ich neue genetische Komponenten und mechanistische Prinzipien entdecken, die die Anpassung von Pflanzen an Wassermangel vermitteln. In Zukunft wird uns dieses Wissen helfen, pflanzliches Wachstum und pflanzliche Erträge in Trockengebieten zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen