Funktion und Stimulation eines transienten pH-Wert-Anstieges im Blattapoplasten während einer Chlorstress-Exposition

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph-Martin Geilfus
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405854264

Der Apoplast ist ein extrazellulares Kompartiment, das durch die Plasmamembran (PM) abgegrenzt ist. Der Apoplast beinhaltet einen Wasserfilm, dessen pH-Wert (pHapo) durch externe Stressfaktoren beeinflusst werden kann. So steigt beispielsweise der pHapo in Ackerbohnenblättern (Vicia faba L.) bereits wenige Minuten, nachdem die Wurzeln mit NaCl gestresst wurden, an. Dieser 1 bis 3-stündige Anstieg ist transient. Er wird durch Chlorid (Cl−), nicht aber durch Natrium oder der osmotischen Stresskomponente induziert. Obwohl es Hinweise gibt, die besagen, dass dieser pHapo Anstieg Teil einer funktionellen Stressantwort auf Salzstress sein könnte, wurde diesem apoplastischen Phänomen in der bisherigen Forschung kaum Beachtung geschenkt. Zum einen wäre es möglich, dass es sich hierbei nur um einen Sekundäreffekt ohne funktionelle Auswirkung handelt. Zum andern zeigt eine Studie an Vicia faba, dass der Cl− induzierte Anstieg des blattapoplastischen pH-Werts eine Anreicherung von Abszisinsäure (ABA) in den stomatären Schließzellen (SZ) bewirkt. ABA ist ein Phytohormon das die Apertur der Stomata kontrolliert. Es ist allerdings unbekannt, ob dieser Cl− induzierte pHapo Anstieg diese Anreicherung alleine bewirkt, oder ob er hierzu mit anderen Cl− induzierten Stressantworten wechselwirkt. Um dies zu beantworten, soll der Effekt eines künstlich herbeigeführten transienten pHapo Anstiegs im Blatt auf die Konzentration von ABA in den SZ untersucht werden. Hierzu wird ein pH Puffer in den Apoplasten infiltriert. Auf diese Weise kann der Effekt eines transienten pHapo Anstiegs untersucht werden, obwohl die Pflanze nicht mit Cl− gestresst wurde. Diese Untersuchungen werden Auskunft darüber geben, ob das alleinige Vorhandensein des Cl− induzierten transienten Anstiegs des pHapo im Blatt ausreichend war, um den ABA Anstieg in den SZ zu bewirken. Die apoplastischen pH-Werte werden ratiometrisch mittels eines bildgebenden in planta Verfahrens quantifiziert. SZ werden dann aus Blättern aufgereinigt, deren pHapo transient angestiegen war. Zunächst wird die ABA Konzentration in diesen SZ-Proben bestimmt. Ferner werden die SZ-Proben einer massenspektrometrischen Untersuchung des Proteoms unterzogen. Hierbei werden Einflüsse des pHapo Anstiegs sowohl auf Abundanzen der schließzelleigenen ABA Syntheseproteine als auch auf Abundanzen von Schließzellmembranproteinen untersucht, die den Influx von ABA erleichtern. Ein weiteres Ziel der Arbeit besteht in der Klärung der Frage, ob der transiente pHapo Anstieg auch durch andere Anionen als Cl− induziert werden kann. Dies könnte bei Sulfat der Fall sein, was in vielen versalzten Böden anreichert. Des Weiteren wird untersucht, wie der pH-Wert im Wurzelapoplasten während der Initiierung von Cl−-Stress reagiert. Hierzu liegen noch keine Daten vor.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen