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Projekt
Entschlüsselung der molekularen Signalwege und der Codeχ-Spezifität des Stomataschlusses - von Modellpflanzen zu Nutzpflanzen
Antragsteller
Professor Dr. Maik Böhmer
Fachliche Zuordnung
Pflanzenphysiologie
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525793193
Spaltöffnungen sind winzige Poren auf der Unterseite von Blättern, die die CO2-Aufnahme und Transpiration ermöglichen, aber auch eine potenzielle Eintrittspforte für pathogene Mikroben darstellen. Daher reagieren Schließzellen, die die Größe der Stomataöffnung regulieren, auf abiotische und biotische Stressfaktoren wie Trockenheit und Pathogenbefall. Zu den mikrobiellen Pflanzenpathogenen, die über die Spaltöffnungen eindringen können, gehören Bakterien, Oomyceten und Pilze, die sich in ihrer Pathogenität für verschiedene Pflanzenarten erheblich unterscheiden. Verschiedene externe und interne Signale müssen integriert werden, denn obwohl das Schließen der Spaltöffnungen das Eindringen von Krankheitserregern und den Wasserverlust verhindert, wird der Stoffwechsel der Pflanze durch den fehlenden Gasaustausch ebenfalls reduziert. Zu den negativen Auswirkungen gehören eine erhöhte Photorespiration und eine Überhitzung des Gewebes aufgrund der fehlenden Transpiration. Dennoch könnte die Anwendung eines Agonisten für den Stomataschluss, der einen gleichmäßigen Stomataschluss bewirkt, den Befall mit Krankheitserregern bekämpfen und die Pflanzen während kurzer Trockenperioden schützen. Ein künstlicher Stomataschluss kann zum Beispiel durch Chitosan herbeigeführt werden. Chitosan ist ein Derivat von Chitin, einem bekannten mikroorganismenassoziierten Molekülmuster (MAMP), das von Pflanzen erkannt wird und eine Immunreaktion auslöst. Chitosan hat gegenüber Chitin zwei Vorteile. Erstens ist Chitosan in Wasser und schwachen Säuren gut löslich und kann in Lösung effizienter eingesetzt werden. Zweitens, und das ist noch wichtiger, haben wir festgestellt, dass sich die Chitosan-Wahrnehmung in den Wächterzellen von der Chitin-Wahrnehmung unterscheidet, was eine gezielte Schließung der Stomata mit definierten Chitosanen ermöglichen könnte, ohne unnötige pflanzliche Abwehrmechanismen auszulösen, die die Fitness der Pflanze verringern. Obwohl Chitosan bereits in der Landwirtschaft eingesetzt wird, sind die genauen Mechanismen der Chitosan-Wahrnehmung und die nachfolgenden Signalwege noch weitgehend unbekannt. Dies macht es schwierig, spezifische biologisch aktive Chitosane zu synthetisieren. Das Hauptziel dieses Projekts ist die Identifizierung spezifischer Chitosane, die die Widerstandsfähigkeit von Pflanzen gegen Trockenheit und Pathogenbefall erhöhen können. Um dies zu erreichen, ist ein umfassendes Verständnis des Chitosan-Wahrnehmungsmechanismus, der Spezifität der Chitosan-Rezeptoren für verschiedene Chitosan-Codes und der zugrunde liegenden Signalwege erforderlich. Diese Forschungsarbeit wird zu einem tieferen Verständnis der Chitosan-Wahrnehmung und der Chitosan-vermittelten Signalwege in Pflanzen führen und zur Entwicklung neuer Strategien für die Verbesserung von Nutzpflanzen beitragen.
DFG-Verfahren
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