Identifizierung von genetischen und metabolischen Einflussfaktoren auf die Reaktion von Quinoa gegenüber biotischem und abiotischem Stress

• Antragstellerinnen: Dr. Nazgol Emrani; Professorin Dr. Karin Schwarz
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515385982

Um den Herausforderungen des Klimawandels zu begegnen, ist es dringend erforderlich, die zugrundeliegenden genetischen und physiologischen Anpassungen zu untersuchen, die Pflanzen eine kombinierte biotische und abiotische Stressresistenz verleihen. Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) ist aufgrund seines hohen Nährwerts und seiner bemerkenswerten Widerstandsfähigkeit gegenüber verschiedenen Umweltstressfaktoren, insbesondere Trockenheit und erhöhten Temperaturen, eine vielversprechende alternative Quelle für Grundnahrungsmittel. Quinoa ist daher eine interessante Studienpflanze für die Identifizierung von Schlüsselgenen und Metaboliten, die an der Regulierung von Stressreaktionen beteiligt sind, und für das Verständnis der damit verbundenen Kompromisse bei der Fitness. In diesem Teilprojekt der Research Unit (RU) PlantsCoChallenge werden deshalb die genetische Vielfalt des Quinoa-Keimplasmas im Hinblick auf die Resistenz gegen gleichzeitig auftretenden abiotischen und biotischen Stress untersucht. Durch umfassende Metabolom- und Transkriptomuntersuchungen sowie phytopathologisches-Assays werden die genetischen und metabolischen Anpassungen identifiziert, die mit einer erhöhten Stresstoleranz einhergehen. In der ersten Phase werden die Quinoa-Linien identifiziert, die verschiedene Kombinationen von Resistenz/Anfälligkeit gegenüber Falschem Mehltau und Toleranz/Anfälligkeit gegenüber Trockenstress sowohl unter natürlichen als auch unter kontrollierten Bedingungen aufweisen. Wir werden eng mit SP5 zusammenarbeiten, um Tests zur Infektion mit Falschem Mehltau durchzuführen. Mittels detaillierter Phänotypisierung, Transkriptomanalyse und Genotypisierung wollen wir die genetischen Loci identifizieren, die Trockentoleranz und Resistenz gegen Falschen Mehltau steuern. Darüber hinaus werden wir die Variation von Haplotypen in mutmaßlichen Kandidatengenen und deren Zusammenhang mit der Stressreaktion untersuchen. In Zusammenarbeit mit SP1 werden wir die antioxidativen Enzyme, antioxidativen/osmoprotektiven Metaboliten sowie ROS in Quinoa-Linien während einzelner und kombinierter Stressbehandlungen charakterisieren, um die Stressreaktionen besser zu verstehen. Im Detail werden wir das Profil, die Akkumulation und den Abbau von phenolischen Verbindungen, insbesondere Flavonoiden, untersuchen. Unser Ziel ist es, ihre potenzielle Rolle als Antioxidantien und ihre Fähigkeit, die Widerstandsfähigkeit der Pflanze gegenüber verschiedenen Stressfaktoren zu verbessern, zu erforschen. In Zusammenarbeit mit Z2 werden wir die Auswirkungen von kombiniertem Stress auf die Zusammensetzung des Mikrobioms in Quinoa untersuchen und stressbedingte Mikroben mit denjenigen anderer Pflanzenarten vergleichen. Schließlich werden wir in Zusammenarbeit mit Z1 gemeinsame Stressreaktionsgene und Stressmarker von Quinoa und weiteren Studienpflanzen des RU PlantsCoChallenge identifizieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5640: Physiologische und Evolutionäre Anpassung von Pflanzen an Zusammenwirkende Abiotische und Biotische Faktoren
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Christian Jung