ABA-abhängige Kontrolle der Pflanzenhydraulik in der Anpassung an Wasserdefizit

• Antragsteller: Professor Dr. Erwin Grill
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406910788

Wasser spielt eine zentrale Rolle in terrestrischen Ökosystemen, wobei Pflanzen ein Hauptfaktor des Wasserkreislaufs sind. Die pflanzliche Transpiration dominiert den Wasserflux vom Boden zur Atmosphäre und ist deshalb eine Schlüsselkomponente des terrestrischen Klimas und des Kohlenstoff-Kreislaufs. Neben dieser generellen ökologischen Bedeutung, ist Wasser die wichtigste Limitierung für einen ertragreicheren Pflanzenanbau. Bei Wassermangel versuchen Pflanzen den Wasserhaushalt durch Koordination von Transpiration und wurzelvermittelter Wasseraufnahme homöostatisch aufrecht zu erhalten. Dieser Anpassungsprozess führt zu einer Veränderung des Gasaustausches und vermag die Wassernutzeffizienz der Blätter zu verbessern. Wie das erreicht wird, ist nur unvollständig verstanden. Es erfordert jedenfalls eine schnelle hydraulische Kommunikation zwischen Wurzel und Sproß, die selbst auf grundlegende physiologische Mechanismen beruht. Der Wassertransport innerhalb der Pflanze wird durch Wasserkanäle, den Aquaporinen, erleichtert und sowohl die Wassernutzeffizienz als auch der Gasaustausch der Pflanze werden über das Stresshormon Abscisinsäure (ABA) kontrolliert. ABA ist ein Hauptfaktor bei der Anpassung der Pflanze an Trockenheit und unterschiedliche ABA Sensitivität und spezifische ABA Signalwege der Zellen und Pflanzenorgane sind notwendig um die Wasserhomöostase zu koordinieren. Es war immer eine Herausforderung die über große Distanzen hinweg koordinierte Wasserhomöostase über die Grundprinzipien hinaus zu verstehen. Der Erkenntnisgewinn auf diesem Gebiet war im letzten Jahrzehnt sehr gering, nicht zuletzt wegen der experimentellen Schwierigkeit molekulare Mechanismen festzulegen und sie in der Pflanze zu prüfen. Jüngste Fortschritte im Bereich der ABA Signaltransduktion und der Regulation des pflanzlichen Wassertransportes sind nun der Auslöser ein Deutsch-Französisches Forscherteam zu bilden, das sich in einer exzellenten Position sieht, dieses Rätsel zu lösen. Das hier vorgeschlagene ABAqua Projekt beabsichtigt jüngste Erkenntnisse zu ABA Signalwegen und Aquaporinregulation zu nutzen, aber auch neue grundlegende Erkenntnisse zu generieren, um zu klären, wie die Wasserhomöostase durch Kommunikation zwischen Wurzel und Blatt erfolgt. Ein Hauptaspekt des Antrages ist zu verstehen, wie die unterschiedlichen Hormonsensitivitäten und ABA Wirkungen zwischen Wurzel und Schließzellen realisiert werden. Es soll eine detaillierte Analyse prototypischer ABA Signalwege der Regulation der Aquaporine unter Einbezug von Phosphoproteom-Analysen und Expressionsstudien in Arabidopsis mit deregulierten Signalkomponenten erfolgen. Diese Untersuchungen an der Gesamtpflanze sollen mit Pfropfungsexperimenten und Gewebe-spezifischer Komplementation von ABA Signal- und Aquaporinmutanten ergänzt werden. Diese Analysen werden Schlüsselmechanismen der hydraulischen Regulation und deren Wirkung auf den Gaswechsel bei unterschiedlicher Wasserverfügbarkeit aufdecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Christophe Maurel