Mechanismen zur Regulation der Bor-Ernährung in Raps und Arabidopsis und deren Bedeutung für die gezielte Entwicklung von Bor-effizienten Genotypen.

• Antragsteller: Professor Dr. Gerd Patrick Bienert
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 229633755

Bor (B) ist ein essentielles Mikroelement für Pflanzen. In der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion verursacht B-Mangel trotz des Einsatzes von modernen Düngemethoden noch immer Ertragsverluste. Viele positive Effekte von B auf das Wachstum und die Physiologie der Pflanzen sind bekannt, dennoch sind viele der genetischen und molekularen Grundlagen und Steuerungsmechanismen des pflanzlichen B Haushaltes noch unbekannt.Das Hauptziel dieses Projektes ist es, detaillierte Kenntnisse darüber zu erlangen, wie B-Mangel anfällige Kulturpflanzen auf molekularer Ebene ihren B-Status während des vegetativen und reproduktiven Wachstums wahrnehmen und regulieren. Raps, sowie sein naher Verwandter, die genetisch und molekular gut erforschte Modellpflanze Arabidopsis thaliana, stehen im Fokus der Untersuchung.Die im Rahmen dieses Projektes gestellten Fragen sollen zu einem detaillierten Verständnis von jenen Mechanismen führen, die die B-Aufnahme und Verteilung auf der Ebene der gesamten Pflanze bis auf die zelluläre Ebene hin kontrollieren. Nodulin26-like Intrinsic Proteins (NIPs), die zu der Aquaporinkanalproteinfamilie gehören, sind essentiell für die B-Aufnahme und Verteilung in Pflanzen. Die umfassende molekulare und physiologische Charakterisierung von NIPs wird deren Funktionen im B-Transport in Raps aufzeigen sowie neue NIP-assoziierte Faktoren identifizieren, die eine Rolle in der Regulierung des B-Haushaltes spielen.Um über Transportvorgänge hinauszugehen werden RNA-Sequenzierungsanalysen durchgeführt, um noch unbekannte molekulare Auswirkungen des B-Ernährungszustand auf den Stoffwechsel und die Genregulation aufzuklären. QTL Mapping (in einer DH Rapspopulation aus zwei Genotypen mit kontrastierender B-Effizienz) und GWAS Analysen (mit einem bereits phänotypisierten Arabidopsis Akzessions-Panel) werden verwendet, um genomische Loci und Gene zu identifizieren, die bedeutend zur Bormangel-Toleranz und Effizienz beitragen. Das Auffinden von B-regulierten Stoffwechselwegen, Metabolitvariationen, Transkriptionsfaktoren sowie deren Zielgene wird es ermöglichen Schlüsselfaktoren in der B-Wahrnehmung, B-Signalübertragungswegen und B-Reaktionsmechanismen zu identifizieren.Da untersuchte B-permeable NIPs auch giftige Arsenverbindungen (As) transportieren, analysieren wir welche Proteinstrukturen und Merkmale für die Metalloid-Transport-Selektivität verantwortlich sind und, ob es möglich ist B-spezifische NIPs durch Mutagenese zu generieren.Zusammenfassend werden die im Verlauf dieses Projektes gewonnen Erkenntnisse den Wissensstand über die molekulare Regulation der pflanzlichen B-Ernährung und des B-Haushaltes grundlegend erweitern. Schließlich ist das Ziel, dass die erarbeiteten Kenntnisse es erlauben das B-Management im Feld zu verbessern, landwirtschaftlich relevante Pflanzenmerkmale zu optimieren und B-Mangel resistente Genotypen zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen