Reispflanzen gestalten ihr Mikrobiom: Reis als Wirtspflanze für endophytische StickstofffixiererAcronym RISE

• Antragstellerin: Professorin Dr. Barbara Reinhold-Hurek
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 253028022

Wurzeln sind der primäre Ort für Interaktionen der Pflanze mit einer großen Zahl von Mikroorganismen. Wegen ihrer Interdependenz werden Pflanzen und ihr Mikrobiom auch als "Superorganismen" bezeichnet, mit ähnlichen Auswirkungen auf Nährstoffaufnahme und Fitness wie der menschliche Darmtrakt. Dennoch werden die komplexen Interaktionen mit mutualistischen Bakterien in der Rhizosphäre bisher kaum verstanden. Die Erforschung, wie Pflanzen ihr Mikrobiom gestalten, hat gerade erst begonnen. Wie wirken Pflanzen in Abhängigkeit von ihrem Genotyp als Filter für mikrobielle Gemeinschaften? Hierfür soll der Effekt spezifischer Mutationen der Wirtspflanze untersucht werden, um Mikroorganismen-Pflanzen Interaktionen besser zu verstehen und letztendlich um Pflanzengesundheit, Pflanzenernährung und Ertäge in nachhaltiger Landwirtschaft verbessern zu können. Besonders enge Interaktionen sind von Endophyten zu erwarten, die lebendes Gewebe in hohen Zahlen besiedeln. Andererseits ist es erstaunlich, dass sich Endophyten im Gewebe etablieren können, obwohl Pflanzen konservierte bakterielle Moleküle (MAMPS) detektieren und auf sie mit pflanzlicher Abwehr reagieren können. In diesem Projekt soll die Azoarcus-Reis Interaktion als Modellsystem in einem reduktionistischem Forschungsansatz dienen. Sie gehört zu den vermutlich bestuntersuchten bakteriellen Endophytensystemen hinsichtlich mikrobieller molekularer Besiedlungsmechanismen. Weiterhin können dadurch wesentliche Erkenntnisse über Pflanzen-Bakterien Interaktionen für eine der wichtigsten Kulturpflanzen für die Welternährung gewonnen werden, die zudem das molekular am weitesten entwickelte Getreidemodellsystem darstellt. Dieses Projekt befasst sich mit folgenden Fragen. Wie wird die Genexpression in Reis durch die Besiedlung mit Endophyten beeinflusst? Gibt es Unterschiede in der Regulierung der Reisreaktion, wenn der Grad der Besiedlung verändert ist? Lassen sich die Expressionsänderungen, die durch die Infektion induziert werden, mit metabolischen Veränderungen korrelieren? Wie unterscheidet sich die Reaktion der Pflanze, wenn phytopathogene Bakterien die Wurzeln kolonisieren? Wie beeinflussen Abwehrreaktionen und Pflanzenhormone die Etablierung von Endophyten? Dieser Aspekt soll in unserem Reis-Azoarcus Laborsystem geklärt werden, in dem wir die Etablierung der Endophyten im Pflanzengewebe verschiedener Reismutanten-Linien analysieren werden. Unser Projekt wird zudem Endophyten-spezifische Reis-Kandidatengene identifizieren, die zukünftig in reverser Genetik eingesetzt werden können, um Pflanzengene zu charakterisieren, die für Interaktion mit Endophyten benötigt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen