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Projekt
Biosynthese, Transport und Exudation von 1,4-Benzoxazin-3-onen als bestimmende Faktoren der biotischen Interaktionen von Pflanzen
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. Matthias Erb; Professorin Dr. Inge S. Fomsgaard; Dr. Monika Frey; Professor Dr. Georg Jander; Professor Dr. Jurriaan Ton
Fachliche Zuordnung
Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
Förderung
Förderung von 2014 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 243129298
Die Gestaltung einer passenden biotischen Umgebung ist essentiell für das Überleben von Pflanzen und für deren Produktivität in der Landwirtschaft. Ein wichtiger Mechanismus, den Pflanzen dazu benutzen, ist das Ausscheiden von Chemikalien. Niedermolekulare Substanzen insbesondere fungieren als essentielle Signale für die Interaktion mit nützlichen Bodenmikroben und die Abwehr von Herbivoren. Gleichzeitig werden sie jedoch auch von spezialisierten Schädlingen und Pathogenen ausgenutzt. Um diese scheinbar widersprüchlichen Effekte zu entflechten und das volle Potential der Exsudation von Sekundärmetaboliten in nachhaltigen Anbausystemen nutzbar zu machen ist ein detailliertes Verständnis ihrer Biosynthese, ihres Transports und ihrer Freisetzung entscheidend. Jedoch wurden für landwirtschaftliche Modellsysteme bisher keine Sekundärmetaboliten-Exportproteine identifiziert.Unser Projekt vereinigt die Expertise von verschiedenen europäischen Forschergruppen um die molekulare Grundlage der 1,4-Benzoxazin-3-on (BX)-Exsudation von Mais zu untersuchen. In unseren vorhergehenden Arbeiten haben wir BXe als wichtige Resistenzfaktoren in Mais und anderen Gräsern identifiziert und ihre Biosynthese aufgeklärt. Außerdem haben wir gezeigt, dass BXe dominierende Sekundärmetaboliten in Wurzelexsudaten und im Blattapoplasten von Mais sind. Wir konnten nachweisen, dass BXe nützliche Mikroben anlocken, aber auch schädliche wurzelfressende Insekten. Aufgrund ihrer Bedeutung für die Landwirtschaft und die extrazelluläre Kommunikation sind BXe ein ideales und relevantes Modell zur Untersuchung der Sekundärmetabolit-Exsudation.Das Ziel von BENZEX ist der Aufbau des fortschrittlichsten molekularen Werkzeugsatz für extrazelluläre Pflanzen-Umwelt-Interaktionen. Erstens wird ein umfassendes Set von Maislinien erstellt, die durch Ausschalten oder Überexpression von drei wichtigen biosynthetischen Genen eine veränderte BX-Biosynthese aufweisen. Zweitens werden phytochemische Referenzmethoden basierend auf HPLC-MS und 13C-markierten BX-Vorstufen aufgebaut, um die Produktion, Exsudation und Transformation von BXen zu quantifizieren. Drittens werden BX-Transporter durch die Kombination von Phytochemie-basierender QTL-Analyse, Expressionsanalyse und Proteomik identifiziert. Viertens werden die erzeugten Ressourcen dazu verwendet werden, die Rolle extrazellulärer BXe für die Interaktion mit Bodenbakterien (16sRNA Deep Sequencing), pflanzen-wachstumsfördernden Endophyten, arbuskulären Mycorrhiza-bildenden Pilzen, Wurzel-Herbivoren und Blattläusen analysiert. Unser Projekt wird das Wissen über die biologische Bedeutung der Exsudation von Sekundärmetaboliten wesentlich erweitern. Die Konkurrenzfähigkeit der europäischen molekularen Pflanzenwissenschaft wird durch das Bereitstellen neuer Werkzeuge und Ressourcen (Mutanten und transgene Linien, Analysemethoden, molekulare und bakterielle Marker) für Mais als wichtiges landwirtschaftliches Modellsystem erheblich gesteigert.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
Internationaler Bezug
Dänemark, Großbritannien, Schweiz, USA
