Erforschung der genetischen Grundlagen der Wundnektarsekretion in Solanum dulcamara

• Antragstellerin: Professorin Dr. Anke Steppuhn
• Fachliche Zuordnung: Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399333179

Viele Pflanzen sekretieren Nektar, um nutzbringende Tiere, beispielsweise Bestäuber, anzulocken. Nektar ist eine zuckerige Lösung, deren Attraktivität oft durch zusätzliche Stoffe erhöht ist. Nicht nur in den Blüten, sondern auch auf vegetativen Teilen tragen viele Pflanzen Nektarien. Ihr sogenannter extrafloraler Nektar (EFN) zieht Prädatoren wie Ameisen an, welche die Pflanze gegen Fraßfeinde verteidigen. Nektarien sind strukturell enorm vielfältig und vielfach unabhängig voneinander in zahlreichen Pflanzentaxa entstanden. Daher ist ihre evolutionäre Entstehung schon seit langem eine offene Debatte. In Solanum dulcamara haben wir kürzlich eine neue Form von EFN entdeckt, die nicht aus Nektarien, sondern direkt an Fraßwunden abgesondert wird. Dieser Wundnektar (WN) zieht ebenfalls Ameisen an, welche die Pflanze verteidigen. Da auch andere Pflanzen mit Wundsäften Ameisen anlocken, gab unsere Entdeckung Anlass zu der Hypothese, dass Nektarsekretion aus Wunden einen frühen Schritt in der Nektarevolution darstellen könnte. Nektarien könnten sich dann als sekundäre Strukturen entwickelt haben, die beispielsweise Ort, Zeit und Zusammensetzung der Nektarsekretion so gestallten, dass speziell nutzbringende Tiere angelockt werden. Ein solches Szenario könnte das häufige Erscheinen und Verschwinden von Nektarien im Pflanzenreich elegant erklären und sollte daher eingehend wissenschaftlich geprüft zu werden. Die Hypothese beruht auf der Annahme, dass die Entstehung von Nektarsekretion auf fundamentale und evolutionär sehr alte Mechanismen zurück geht, welche sich leicht für die Freisetzung von Nektar umfunktionieren lassen. Solange jedoch die Mechanismen der WN-sekretion nicht bekannt sind bleibt diese Hypothese spekulativ.Um die Grundlagen für mechanistische Vergleiche der Nektarfreisetzung aus Wunden und Nektarien als auch für Vergleiche ihrer ökologisch-relevanten Bestandteile zu legen, werden in diesem Projekt folgende Hauptziele verfolgt:1) Ermittlung der Gene, deren Aktivierung in Verbindung mit der WN-Sekretion steht,2) Funktionelle Untersuchung der einschlägigsten Gene auf ein Beteiligung an der WN-Sekretion,3) Charakterisierung der chemischen Zusammensetzung und der ökologischen Funktionalität des WN.Um diese Ziele zu erreichen, werden wir I) im gesamten Trankriptom nach Genen suchen, deren Expression mit der WN-Sekretion korreliert ist. Parallel dazu werden wir II) CRISPR-Cas9-vermittelte Geneditierung in S. dulcamara etablieren. Mittels dieser Methode testen wir dann III) die Beteiligung von Kandidaten-Genen an der WN-Sekretion und der Ameisenanlockung. Außerdem werden wir IV) die chemischen Inhaltsstoffe des WN und deren Effekte auf die Ameisenanlockung untersuchen.Dieses Projekt wird eine umfassende Datengrundlage zur genetischen Basis von EFN Sekretion bereitstellen und unser Wissen hinsichtlich der Chemie und Ökologie des neuen WN vertiefen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Mitverantwortliche: Professorin Dr. Nicole M. van Dam; Professor Dr. Ivo Rieu; Dr. Alexander Weinhold