Trockenstress-Abdrücke in der Rhizosphäre durch veränderte Wurzelexsudate

• Antragstellerin: Dr. Monika Wimmer
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403626025

Wiederholte Trockenstressereignisse nehmen in Mitteleuropa aufgrund des Klimawandels zu. Pflanzen reagieren auf wiederholten Trockenstress durch die Ausbildung sogenannter „Stress-Abdrücke“, welche physiologische oder (epi)genetische Modifikationen darstellen, und eine meist verbesserte Reaktion auf nachfolgende Stressereignisse mit sich bringen. Diese „Stress-Abdrücke“ stehen im Fokus des vorliegenden Projekts.Bislang ist nicht bekannt (i) ob physiologische „Trockenstress-Abdrücke“ aufgrund von veränderten Wurzelexsudaten in der Rhizosphäre vorkommen, (ii) auf welche Weise Wurzelexsudate auf die Stressintensität und -dauer reagieren, und (iii) inwieweit diese raum-zeitlichen Veränderungen des Wurzelmetabolismus das Pflanzenwachstum nach Ende des Stresses positiv beeinflussen.Dieses Projekt behandelt vier Hypothesen: (1) physiologische “Stress-Abdrücke” in der Rhizosphäre entstehen aufgrund von veränderter Wurzelexsudation; (2) das Ausmaß dieser “Abdrücke” hängt von Intensität, Dauer und Progression des Trockenstresses und der damit zusammenhängenden Schädigung des Photosyntheseapparates ab; (3) „Stress-Abdrücke“ führen zu raum-zeitlichen Umverteilungen von Ressourcen in Richtung der Wurzeln und (4) sie beeinflussen die Wasser- und Nährstoffaufnahme nach Beendigung des Stresses.Im Projekt werden Maispflanzen Trockenstressereignissen unterschiedlicher Dauer und Intensität ausgesetzt. Wurzelexsudate werden an Wurzelspitzen oder vom gesamten Wurzelsystem gesammelt und ihre Menge und Metabolit-Zusammensetzung mittels LC-MS Analysen bestimmt. Prozesse der Photosynthese und Schädigungen des Photosyntheseapparates werden parallel dazu gemessen. In Splitroot Rhizobox-Versuchen werden Pflanzen angezogen, deren eine Wurzelhälfte einem einzelnen Trockenstress, und die andere Wurzelhälfte einem wiederholten Trockenstress ausgesetzt waren. Exsudate werden von beiden Wurzelhälften gesammelt, und das Proteom von Wurzeln und Spross bestimmt. Nach Beendigung des Stresses wird der Einfluss der „Stress-Abdrücke“ auf die Erholung des Wasserhaushalts sowie die Aufnahme von Makro- und Mikronährstoffen untersucht und mit der Expression der entsprechende Transporter korreliert. Ergänzend werden entsprechende Untersuchungen auch im Feld durchgeführt. Die Ergebnisse liefern Informationen über das raum-zeitliche Zusammenspiel zwischen Prozessen der Photosynthese im Sproß und der Wurzelexsudation in der Rhizosphäre, und verbessern das Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen, welche zu systemischen Antworten der Gesamtpflanze und einer verbesserten Versorgung der Pflanze nach Beendigung des Stresses führen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2089: Rhizosphere Spatiotemporal Organisation - a Key to Rhizosphere Functions
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Stefanie Wienkoop