Zukunftssichere Pflanzen durch Verbesserung ihrer Ertragsstabilität in wasserarmen Umgebungen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Hannah Schneider
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie ; Genetik und Genomik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 552441349

Die Identifizierung klimaresilienter Genotypen wird besonders erschwert durch die komplexe Natur der Wasseraufnahme, -verteilung und -verluste von Pflanzen. Obwohl unter kontrollierten Bedingungen viele molekulare und organismische Merkmale mit Trockentoleranz in Verbindung gebracht wurden, lassen sich diese meist nicht auf eine verbesserte Leistung im Feld übertragen. Ein Systemansatz zum besseren Verständnis des Kontinuums Boden-Pflanze-Atmosphäre ist entscheidend für Fortschritte bei der Verbesserung von Kulturpflanzen. Das US-Team hat Maislinien identifiziert, die derzeit in US-Maiszuchtprogrammen verwendet werden und in Feldversuchen unter Trockenheit ein unterschiedliches Maß an Ertragsstabilität aufweisen. Das übergeordnete Ziel dieses Projekts besteht darin, dieses genetische Material zu nutzen, um anatomische und physiologische Mechanismen zu identifizieren, die erhöhter Ertragsstabilität zugrunde liegen, auf Phänotypisierungsdaten begründete Hypothesen zu testen und die Verbindungen zwischen Genkombinationen und Merkmalskomplexen zu charakterisieren. Wir bilden ein diverses Team, das über unterschiedliches Fachwissen in der Pflanzenbiologie verfügt, von spezifischen Gewebesystemen in Sprossen (US-Partner) und Wurzeln (deutscher Partner) bis hin zum Mikrobiom, das mit diesen Systemen interagiert (britischer Partner). Dafür betrachten wir ganze Pflanzensysteme, um die physiologischen Mechanismen der Ertragsstabilität wie auch deren molekularen und genetischen Grundlagen zu ermitteln. Zur Beantwortung der Frage befassen, wie wir Mais für ein sich veränderndes Klima zukunftssicher machen können, werden alle drei Arbeitsgruppen das gleiche genetische Material verwenden. Unser übergeordnetes Ziel ist es, die Prozesse der Wasserbewegung durch das Kontinuum Boden-Wurzel-Stängel-Blatt-Atmosphäre zu charakterisieren und mit Hilfe unserer feldgetesteten Maislinien die entscheidenden Merkmale an jedem Punkt dieses Kontinuums zu ermitteln, die zu einer verbesserten Ertragsstabilität beim Mais beitragen. Die spezifischen Ziele dieses Projekts sind: 1. Erfassung einer großen Anzahl anatomischer, morphologischer und physiologischer Merkmale in Blättern, Stängeln und Wurzeln von Mais, die mit Ertragsstabilität unter Trockenstress korrelieren; 2. Durchführung von zellspezifischen Transkriptomanalysen zur Charakterisierung molekularer Komponenten von Reaktionssystemen in Wurzeln und Blättern und Nutzung von Metabolom-, Ionom- und Wurzelmikrobiota-Daten zur Identifizierung spezifischer Metabolite, Ionen und Mikroben, die für die Wasserbewegung wichtig sind, 3. Validierung der zellulären und molekularen Grundlagen für die in unserem Screening identifizierten Merkmale, einschließlich der Mikrobiota, an ausgewählten Materialien zur Überprüfung der phänotypischen Grundlagen für Ertragsstabilität.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, USA
• Partnerorganisation: Biotechnology und Biological Sciences Research Council (BBSRC); National Science Foundation (NSF)
• Kooperationspartner: Professor Gabriel Castrillo, Ph.D.; Professor Dr. John Couture; Professor Dr. Michael Mickelbart; Professor Mitchell Tuinstra, Ph.D.