Aufklärung von Mechanismen der kälteinduzierten chemo-elektrischen systemischen Signalleitung und der Integration des Two Pore Channel 1 im Signalnetzwerk

• Antragsteller: Professor Dr. Edgar Peiter
• Fachliche Zuordnung: Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 327830483

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Transiente Änderungen des cytosolischen freien Calcium ([Ca2+]cyt) sind eine der ersten Antworten der Pflanzenzelle auf eine Stresswahrnehmung. Nicht nur diejenigen Pflanzenteile, die direkt dem Stress ausgesetzt sind, sondern auch noch unbeeinflusste Gewebe zeigen einen Anstieg der [Ca2+]cyt. Solche “systemischen” Ca2+ Signale bereiten die entfernten Organe für die aufkommende Stresssituation vor. Die Mechanismen, wie sich solche systemischen Signale in der Pflanze ausbreiten, sind nicht vollständig verstanden. Dieses Projekt zielte zunächst darauf, Mechanismen systemischer Antworten auf Kältestress und die Integration des vakuolären Two Pore Channel 1 (TPC1) zu eruieren. Obwohl eine Beteiligung von TPC1 an der Ca2+-Antwort gegenüber Kälte evident war, erforderten technische und organisatorische Umstände eine Refokussierung des Projektes auf andere Stimuli, Verwundung und Salinität. Wir identifizierten Annexin 1 als weitere Komponente der systemischen Ca2+ Signalling Maschinerie. Eine Analyse verwundungsinduzierter systemischer Ca2+ Signale mittels unterschiedlicher Reporter zeigte ausgeprägte Unterschiede zwischen Aequorin- und GCaMP3-basierter Detektion. Während Messungen mit Aequorin eine absolute Notwendigkeit für TPC1 nahelegten, war diese in Experimenten mit GCaMP3 quantitativ. Weiterhin war die systemische Antwort beeinflusst durch den Kationenstatus der Pflanze, was wiederum TPC1-abhängig war. Im Gegensatz zur Blattverwundung waren durch Stengelverwundung induzierte systemische Ca2+ Signale nicht TPC1-abhängig. Der Kanal wurde weiterhin als positiver bzw. negativer Regulator systemischer Ca2+ Signale unter Salinität bzw. hypoosmotischem Stress identifiziert. Ausgehend von den Studien an Arabidopsis wurde eine vergleichende Analyse mit Gerste durchgeführt, die dosis- und gewebeabhängige stimulusspezifische Ca2+-Signale zeigte, die sich von denen in Arabidopsis bemerkenswert unterschieden. Systemische Ca2+- Signale nach Verwundung verbreiteten sich bei Gerste innerhalb des Wurzelsystems und entlang des Blattes, aber nicht zwischen Blättern.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• ANNEXIN1 mediates calcium‐dependent systemic defense in Arabidopsis plants upon herbivory and wounding. New Phytologist, 231(1), 243-254.
  Malabarba, Jaiana; Meents, Anja K.; Reichelt, Michael; Scholz, Sandra S.; Peiter, Edgar; Rachowka, Julia; Konopka‐Postupolska, Dorota; Wilkins, Katie A.; Davies, Julia M.; Oelmüller, Ralf & Mithöfer, Axel
  
• Comparative analysis of stress-induced calcium signals in the crop species barley and the model plant Arabidopsis thaliana. BMC Plant Biology, 22(1).
  Giridhar, Maya; Meier, Bastian; Imani, Jafargholi; Kogel, Karl-Heinz; Peiter, Edgar; Vothknecht, Ute C. & Chigri, Fatima
  
• Elucidating the diversity of systemic calcium signals evoked by abiotic and biotic stimuli. Botanik-Tagung, 28/08-01/09/2022, Bonn. Poster prize
  Raj, S.; Meier, B. & Peiter, E.
  
• Elucidating the diversity of systemic calcium signals evoked by abiotic and biotic stimuli. Plant Calcium Signalling Conference, 11-13/07/2022, Milan, Italy. Poster prize
  Raj, S.; Meier, B. & Peiter, E.
  
• Elucidating the diversity of systemic calcium signals. 36th Conference on Molecular Biology of Plants, 06-09/02/2023, Hennef. Poster prize
  Raj, S.; Meier, B. & Peiter, E.
  
• Elucidating the diversity of systemic calcium signals. 54th Annual Conference of the DGP, 04-05/10/2022, Raitenhaslach. Poster presentation
  Raj, S.; Meier, B. & Peiter, E.
  
• Elucidation of stress-induced Ca2+ signals in the crop species barley. 54th Annual Conference of the DGP, 04-05/10/2022, Raitenhaslach. Poster presentation
  Meier, B.; Giridhar, M.; Chigri, F.; Imani, J.; Kogel, K. H.; Vothknecht, U. C. & Peiter, E.
  
• Stress-induced calcium signals in the crop species barley. Botanik-Tagung, 28/08-01/09/2022, Bonn. Talk
  Meier, B. & Peiter, E.
  
• An organellar journey - mechanisms of intracellular calcium and manganese distribution in plants and crops. IBIP Seminar, CNRS/INRAE/Institut Agro/Université Montpellier, 22/06/2023, Montpellier, France. Talk
  Peiter, E.
  
• Determination of systemic calcium signals by a vacuolar cation channel. 55th Annual Conference of the German Society of Plant Nutrition (DGP), 25- 27/09/2023, Hohenheim. Poster prize
  Raj, S.; Meier, B. & Peiter, E.