Umprogrammierung der Pflanzen Nitratresponses

• Antragsteller: Professor Dr. Matias Daniel Zurbriggen
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 552896597

Die Stickstoffnutzungseffizienz (NUE) ist ein entscheidendes agronomisches Merkmal, das von der Fähigkeit der Pflanze abhängt, Nährstoffe effizient aus dem Boden aufzunehmen und zu transportieren und diese Nährstoffe für maximale Erträge zu nutzen. Die Größe, Form und Reaktionsfähigkeit der Wurzelsysteme sind wichtige Faktoren für die NUE. Zum Beispiel wurde beobachtet, dass große Wurzelsysteme effizienter beim Nutzen von ausgebrachten Stickstoff (N) sind, und Wurzeln, die ihr Wachstum und ihre Architektur schnell anpassen können, um die N-Aufnahme und den damit verbundenen Stoffwechsel zu maximieren, erhöhen die Überlebenschancen der Pflanze, wenn Nährstoffe knapp sind. Dieses Projekt wird die Expertise von drei Forschern in der Wurzelentwicklung, N-Reaktionen und synthetischen Biologie nutzen, um die Menge an Düngemitteln, die beim Anbau von Tomaten, der weltweit am meisten produzierten Frucht, benötigt wird, zu reduzieren. Um dies zu erreichen, werden wir das Wurzelwachstum steuern, mit dem Ziel, die Pflanzenentwicklung so zu optimieren, dass die Nutzung von extern zugeführtem Dünger maximiert wird, und ein verbessertes Wachstum in Reaktion auf die N-Verfügbarkeit zu fördern. Dadurch können wir die NUE von Pflanzen mit spezifischen Wurzelarchitekturen testen. Wir werden dies tun, indem wir synthetische Biologiewerkzeuge etablieren, um Stickstoffreaktionen und Wurzelarchitektur zu kontrollieren. Anschließend werden wir deren Einfluss auf die NUE testen. Zudem werden wir ein hochmodernes synthetisches optogenetisches System entwickeln. Dies wird es uns ermöglichen, die unterirdische Wurzelentwicklung durch die Anwendung spezifischer Lichtwellenlängen auf oberirdische Gewebe wie Blätter über ein mobiles Signal vom Spross zur Wurzel zu steuern. Unser Projekt wird programmierte Pflanzen mit vorhersagbaren und neuartigen Eigenschaften liefern, die einzigartige Einblicke in die biologischen Programme geben, die das Wurzelwachstum in Reaktion auf N steuern, sowie in die Rolle der Wurzelarchitektur bei der NUE. Wir werden auch neuartige und breit einsetzbare Werkzeuge zur Pflanzenengineering entwickeln, einschließlich robuster molekularer Schalter und fortschrittlicher optogenetischer Systeme, und diese anwenden, um die pflanzlichen Nährstoffbeziehungen zu verbessern. Unsere Ziele sind darauf ausgelegt, das übergeordnete Ziel der Reduzierung des Düngemitteleinsatzes zu erreichen und damit den Anforderungen zur Zukunftssicherung von Pflanzen für ein sich wandelndes Klima gerecht zu werden. Unser Ansatz passt in das Thema "programmierbare Pflanzen", da wir synthetische Biologie verwenden werden, um die funktionalen Auswirkungen von Pflanzenphänotypen zu gestalten und zu testen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, USA
• Partnerorganisation: Biotechnology und Biological Sciences Research Council (BBSRC); National Science Foundation (NSF)
• Kooperationspartnerinnen: Professorin Siobhan Brady, Ph.D.; Professorin Nicola Patron, Ph.D.