Der Mechanismus der sprossabhängigen Regulation der N2-Fixierung bei Sojabohnen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Joachim Schulze
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 205783134

Ein zentrales Ziel des Fortsetzungsantrages ist es, im ersten Projektteil an der Modellleguminose Medicago truncatula gewonnene Erkenntnisse auf die wirtschaftlich bedeutende Kulturpflanze Sojabohne zu übertragen. Bei Medicago truncatula konnte gezeigt werden, dass eine Regulation der N2-Fixierung eindeutig vom Spross ausgeht und von dessen N-Ernährungszustand abhängig ist. Unterschiedliche Einflussfaktoren induzieren einen einheitlichen rhythmischen Verlauf der N2-Fixierung, der die Gesamtleitung der Knöllchen über den Tag hinweg einschränkt. Zu diesen Faktoren zählt eine Ammoniumgabe zu den Wurzeln. Die rhythmische Bewegung der N2-Fixierung tritt aber auch an supernodulierten Mutanten im Gegensatz zum Wildtyp auf, ohne dass diese besonderen Stressfaktoren unterliegen. Im zweiten Projektteil soll an Sojabohnen der genaue Verlauf der N2-Fixierung nach Ammoniumgabe oder Verdunklung des Sprosses über den Tag hinweg erfasst werden. Basierend auf der Hypothese, dass die vom Spross ausgehende Wirkung auf die Knöllchen durch miRNA vermittelt wird, werden dann bei den beiden Behandlungen zu definierten Zeitpunkten umfassende, vergleichende miRNA- und mRNA-Analysen (RNAseq) in Blättern und Knöllchen durchgeführt. Die identifizierten Kandidaten sollen dann in darauf folgenden Schritten in ihrer Expression unter dem Einfluss unterschiedlichster Faktoren, die eine rhythmische N2-Fixierung induzieren, über qPCR verfolgt werden. Zu diesen Faktoren zählen z. B. der Einfluss der Hülsenbildung oder der Ansatz einer übergroßen Zahl von Knöllchen in einer Mutante, bei der die Autoregulation der Knöllchenbildung gestört ist. Ein Vergleich einer Vielzahl von Behandlungen und Umständen, die zu einem einheitlichen Muster eines 24 h-N2-Fixierungs-Rhythmus führen, wird zu belastbaren Erkenntnissen über den dahinter stehenden Mechanismus führen. Dies bildet die Voraussetzung dafür, Sojabohnenpflanzen zu erzeugen, deren N2-Fixierung unabhängig von der Ammoniumkonzentration im Boden ist und die mit einer größeren Zahl Knöllchen effizient N2 fixieren. Beide Faktoren könnten erhebliche positive ertragsphysiologische Effekte für den Sojaanbau zeigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen