Aufklärung der Funktionen der VTL-Familie von vakuolären Membranproteinen an Eisentransport und -Homöostase in Arabidopsis

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas J. Buckhout, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 194980302

Beim beantragten Projekt werden Untersuchungen zur Funktion der VTL-Proteine bei der Eisenhomöostase und zur Beantwortung der Frage, ob die Proteine als genetische Werkzeuge zur Erhöhung der Eisenspeicherkapazität in Pflanzen geeignet sind, nachgegangen.1.Untersuchung der Transporteigenschaften der VTL-Proteine und deren intrazelluläre Lokalisation. Wir besitzen Hinweise, die auf eine Lokalisierung der VTL-Proteine an der vakuolären Membran und die Rolle der genannten Proteine bei der Eisenhomöostase hindeuten. Die Komplementation der ccc1-Mutation mittels Expression der VTL1-, 2- oder 5-Gene dient als Beleg der Rolle dieser Proteine in der Eisenhomöostase. Es ist notwendig, die katalytischen Eigenschaften dieses Transports zu bestimmen. Parallel dazu wird die intrazelluläre Lokalisierung dieser Proteine untersucht.2. Optimierung der Eisenspeicherkapazität. Ein Ziel ist eine Erhöhung der Eisenspeicherkapazität der pflanzlichen Zelle. Dabei sollen Pflanzen eine erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber Eisenmangel zeigen und einen verbesserten Nährwert besitzen. Durch die VTL-Transporterfunktion besteht eine zusätzliche Möglichkeit zur Erhöhung des Eisengehalts in Pflanzen. Unsere bereits veröffentlichten Ergebnisse zeigen eine Steigerung des Eisengehalts in Samen der nramp3/nramp4-Mutante durch VTL-Überexprimierung. Ferner zeigen unveröffentlichte Ergebnisse, dass die jetzt in der dritten Generation nachgewiesene Überexprimierung von VTL2, 4 oder 5 eine 50 bis 100%ige Erhöhung im Eisengehalt der Wildtyp-Samen zeigen. Demzufolge führt die Überexprimierung der VTL-Gene zu einer Erweiterung der Eisenspeicherkapazität. Wir beabsichtigen die Fortsetzung des Screenings auf überexprimierenden Linien und werden weitere bis jetzt noch nicht benutzte Methoden anwenden, um die Eisengehalt von Samen zu erhöhen. Dabei soll eine Vorgehensweise entwickelt werden, die später bei einer Vielzahl von Pflanzen angewendet werden könnte.3.Screening auf verbessertes Wachstum bei schlecht verfügbarem Eisen. Ab Herbst 2015 wird Prof. Wolfgang Schmidt (Academia Sinica, Taiwan) für die Dauer eines akademischen Jahres am Institut für Biologie der Humboldt-Universität zu Berlin arbeiten. In meinem Labor werden wir gemeinsam ein Screening von Arabidopsis-Ökotypen auf ihre Fähigkeit, bei schlecht verfügbarem Eisen wachsen zu können, durchführen. Mit der kürzlich entdeckten Bedeutung der Synthese und des Ausscheidens von phenolischen Substanzen bei der Aufnahme von Eisen wurde das Spektrum der Strategien der Eisenmobilisierung bei Pflanzen erweitert. Die phenolisch-basierte Strategie ist höchst ahrscheinlich bei der Eisenaufnahme in neutralen und alkalischen Böden von Bedeutung. Die beschriebene Strategie könnte bei der Resistenz gegenüber der Kalk- oder Bicarbonat-induzierten Chlorose eine wichtige Rolle spielen. Unser Ziel beim Screning ist die Entdeckung neuer Gene, die das Wachstum bei schlecht verfügbarem Eisen positiv beeinflussen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Taiwan
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Wolfgang Schmidt