Neue Kutikula-Regulatoren in Mais und ihre Auswirkungen auf abiotische und biotische Stressreaktionen

• Antragstellerin: Dr. Susanne Matschi
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 380688791

Die Kutikula ist die äußere physische Barriere der oberirdischen Pflanze und stellt eine wichtige Interaktionsfläche mit der Umwelt dar. Die imprägnierende Schicht, bestehend aus dem Lipidpolymer Kutin und verschiedensten ein- und aufgelagerten kutikulären Wachsen, bietet Schutz vor einer Vielzahl von Umweltbelastungen wie Austrocknung, UV-Strahlung oder Pathogenbefall. Dicke, Struktur und chemische Zusammensetzung der Kutikula variieren stark je nach Organ, Entwicklungsstadium oder Wachstumsbedingungen, und ebenso zwischen verschiedenen Spezies, während die funktionellen Konsequenzen dieser Unterschiede kaum bekannt sind. Ziel dieses Vorhabens ist die Identifizierung und Aufklärung neuer Schlüsselkomponenten für die funktionelle Kutikulaentwicklung in Mais. In Kulturpflanzen sind viele der mutmaßlichen Gene der kutikulären Wachsbiosynthese, des Transports und der Regulation nicht identifiziert und charakterisiert. Auch der funktionelle Beitrag der Maiskutikula und ihrer Komponenten zur abiotischen oder biotischen Stressresistenz ist bisher kaum untersucht. Besonders in adulten Pflanzen, dem agronomisch gesehen wichtigsten Wachstumsstadium der Maispflanze, gibt es keinerlei Analysen zur funktionalen Bedeutung einzelner Kutikulakomponenten. Das geplante Projekt nutzt einen dualen Ansatz, um zur Aufklärung dieser Fragen beizutragen: Erstens zielt es darauf ab, mittels eines genetischen Screens neue Gene mit Funktion in der kutikulären Wachsdeposition in Mais zu identifizieren. Hierzu wurden mehrere neuartige Mutanten isoliert, die charakterisiert und deren kausale Mutationen mittels next-generation-sequencing Methoden identifiziert werden sollen. Das zweite zentrale Ziel ist die erstmalige Untersuchung des Einflusses diverser Kutikulagene bzw. komponenten auf die Biogenese und die biologische Funktion der Kutikula besonders in der adulten Pflanze. Hierzu werden biochemische und strukturelle Kutikulaveränderungen in einer Kollektion diverser Maismutanten untersucht, und mit den funktionellen Konsequenzen für agronomisch wichtige Merkmale wie Trockenheits- und Pathogenresistenz korreliert. Neben der Analyse der kutikulären Permeabilität und des kutikula-spezifischen Wasserverlusts werden physiologische Versuche zur Trockenresistenz und Widerstandsfähigkeit gegen über die Kutikula eindringende Pathogene unternommen. Die funktionelle Charakterisierung von juvenilem und adultem Wachstumsstadium ermöglicht Vergleiche zur Bedeutung der jeweiligen Komponenten in den verschiedenen Wachstumsstadien. Erkenntnisse aus diesem Projekt, besonders über Kutikulabestandteile mit funktionaler Bedeutung für das in diesem Zusammenhang bisher nicht untersuchte adulte Wachstumsstadium von Mais, können zur Strategieentwicklung für die Nutzpflanzenoptimierung bei Umweltbelastungen wie Wasserlimitierung oder Pathogenbefall beitragen, um letzten Endes wachsende Anforderungen an die Agrarproduktion bedienen und Ernährungssicherheit in der Zukunft gewährleisten zu können.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Dr. Laurie G. Smith