Erforschung der genetischen Regulationsmechanismen der Wurzelknöllchensymbiose unter phosphatdefizitären Bedingungen

• Antragstellerin: Dr. Martina Ried
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 547682164

Phosphor, ein essenzieller Makronährstoff, spielt eine entscheidende Rolle bei der Biosynthese verschiedener biologischer Moleküle und bei der Entschlüsselung von Umweltreizen durch Phosphorylierungs- und Dephosphorylierungskaskaden. Pflanzen nehmen Phosphor als anorganisches Phosphat (Pi) auf, das jedoch in vielen Ackerböden weltweit nur in geringen Mengen vorliegt. Leguminosen können Wurzelknöllchensymbiosen mit Stickstoff-fixierenden Bakterien – sogenannten Rhizobien – eingehen. Pi-Mangel wirkt sich negativ auf das Pflanzenwachstum und den Ertrag aus und beeinträchtigt darüber hinaus die Stickstofffixierung durch eine Verringerung der Anzahl ausgebildeter Wurzelknöllchen. Die genetischen Mechanismen, die die Etablierung der Wurzelknöllensymbiose unter Pi-limitierenden Bedingungen steuern, blieben bisher weitgehend unerforscht. Angesichts der Tatsache, dass Pi-Mangel ein abiotischer Stressfaktor ist, dem die meisten Nutzpflanzen ausgesetzt sind, und Wurzelknöllensymbiose wichtig ist, um reduzierten Stickstoff an die Nahrungskette zu liefern, ist es von entscheidender Bedeutung, die genetischen Mechanismen zu entschlüsseln, die der Etablierung der Wurzelknöllensymbiose unter Pi-Mangel zugrunde liegen. Die Hauptziele dieses kollaborativen Projektes sind (I) die Identifizierung symbiotischer Gene, deren Expression durch Pi Mangel moduliert wird, (II) die Erforschung, wie der Transkriptionsfaktor PHR1 und autoregulatorische Mechanismen die Wurzelknöllensymbiose unter Pi Mangel kontrollieren und dabei zusammenarbeiten und (III) die Bestimmung der direkten Ziele von PHR1 in der Symbiose zwischen Leguminosen und Rhizobien. Um diese Ziele zu erreichen, werden wir die Modellleguminose Lotus japonicus sowie die landwirtschaftlich relevante Leguminose Phaseolus vulgaris verwenden. Dieses Forschungsvorhaben wird unser Verständnis für die genetischen Grundlagen der Wurzelknöllensymbiose unter Pi Mangel vertiefen und den Transfer der Ergebnisse auf andere wichtige Nutzpflanzen erleichtern. Das Projekt wird von den AGs Ried-Lasi (Deutschland) und Valdés-López (Mexiko) durchgeführt. AG Ried-Lasi verfügt über umfassende Expertise in der Erforschung des Zusammenspiels von Pflanzenwurzeln und nützlichen Mikroben in L. japonicus, sowie in der Untersuchung von PHR1-DNA Interaktionen. AG Valdés-López hat langjährige Erfahrung in der Erforschung der genetischen Regulation der Wurzelknöllchensymbiose in P. vulgaris. Die ergänzende Expertise beider Labore wird starke synergistische Effekte erzeugen, die ein Verständnis der genetischen Regulation der Wurzelknöllchensymbiose bei Pi Mangel ermöglichen. Letztendlich wird das in dieser Studie gewonnene Wissen dazu beitragen, widerstandsfähigere Leguminosen-Varietäten zu entwickeln, die in Pi armen Böden gedeihen können, und damit die landwirtschaftliche Nachhaltigkeit und die Ernährungssicherheit zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Mexiko
• Partnerorganisation: Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Oswaldo Valdés-López