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Projekt
Charakterisierung des Einflusses von Keimwurzelhaaren auf Rhizosphären-Prozesse zur Sicherstellung der Aufnahme von Wasser und Nährstoffen bei ungünstigen Saatbettbedingungen
Antragsteller
Professor Dr. Gerd Patrick Bienert
Fachliche Zuordnung
Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
Förderung
Förderung von 2018 bis 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403625794
Die Keimung stellt eine kritische Wachstumsphase für die Pflanzenentwicklung dar. Die Ausbildung eines kräftigen Keimwurzelsystems trägt entscheidend zum Wachstum, zur Stressresistenz und zur Ertragsbildung von Pflanzen bei und hängt selbst von einer effizienten Rhizosphärenorganisation ab, um die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen sowie die Verankerung im Boden, vor allem bei ungünstigen Saatbettbedingungen, zu gewährleisten. Kurz nachdem die Radicula die Coleorrhiza durchdringt und in den Boden einwurzelt, bilden sich zahlreiche Wurzelhaare, welche die Radicula wie ein Flaum überziehen. Überraschenderweise ist die Funktion dieser Wurzelhaare noch weitgehend unerforscht.Wir stellen die Hypothese auf, dass Radicula-Wurzelhaare die Haupttreiber für eine effiziente Wasser- und Nährstoffaufnahme, in Abhängigkeit der Bodenstruktur und Dichte darstellen, und dies vorallem in Saatbettbedingungen, in denen sowohl die Nährstoff- als auch die Wasserverfügbarkeit limitiert ist.Das Hauptziel des PP2089 Projektes ist es, die Rolle von Mais Radicula-Wurzelhaaren in Rhizosphärenadaptationsprozessen aufzuklären, welche eine gesunde Keimlingsentwicklung bei Wasser- oder Nährstoffmangel [Bor- & Phosphatmangel] oder bei kombiniertem Stress erlaubt.Der Fokus auf den Radicula-Wurzelraum erlaubt die Plastizität von Rhizosphärenprozessen in ihrer Gesamtheit experimentell zu erfassen, da überschaubare Abhängigkeiten von Nährstoff- und Wasserverfügbarkeiten, Exsudationsprozessen, Mikroben und Bodeneigenschaften existieren.Im speziellen werden im Projekt Spross und Wurzel-Wachstumsraten, Wasser und Mikro-/Makronährstoff Aufnahmeraten, apoplastische Barriere-Eigenschaften, Wurzelarchitektur- und Anatomie-Parameter und Wurzelhaar-Eigenschaften in Mais Wildtyp- und Wurzelhaar-Mutanten bestimmt. Diese Daten werden in einer Zeitreihe an Jungpflanzen erhoben, die in optimalen oder Wasser- und/oder B- oder P-limitierenden Saatbettbedingungen in Bodensäulenexperimenten wachsen. Komplementär dazu werden Wurzelhaar-abhängig Genexpressionsmuster und Proteinlokalisierungen für Wasser- und Nährstofftransporter bestimmt, um den gegenseitigen Einfluss der Wasseraufnahme auf die Nährstoffaufnahme und umgekehrt, auch auf molekularer Ebene aufzudecken. RNA-Seq Ansätze zur Bestimmung des Wurzelhaar vs. Radicula Transkriptoms zielen darauf ab, Signalwege sowie Genexpressionsnetzwerke zu identifizieren, die Bodentyp-spezifisch, Rhizosphären Antwortreaktionen auf Wasser- und/oder P-Mangelbedingungen regulieren. Der Einfluss von Wurzelhaaren auf die 3D Wurzelentwicklung bei diesen Bedingungen wird durch X-ray CT Messungen untersucht.Zusammenfassend wird das Projekt kausale Zusammenhänge zwischen molekularen und morphologischen Wurzelhaarmerkmalen, Bodeneigenschaften und Wasser- und Nährstoffverfügbarkeiten in der Rhizosphäre aufklären und damit die Rolle von Wurzelhaaren für die „hydromineral“ Ernährung von Keimlingen und für die Anpassung an ungünstige Saatbettbedingungen aufdecken.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
