Genetische Faktoren in der Clusterwurzelregulation der weissen Lupine

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Ludewig
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik ; Genetik und Genomik der Pflanzen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413902939

Phosphor ist ein global limitiertes, essentielles Makroelement für Pflanzen. Es im Boden für die Wurzeln aber typischerweise nur schwer verfügbar. Die Weißlupine (Lupinus albus) ist eine an das heimische Klima angepasste Leguminose, welche die einzigartige Fähigkeit besitzt, nennenswert schwer lösliches Orthophosphat (Pi) aus dem Boden verfügbar zu machen und aufzunehmen. Dazu dienen spezielle Wurzelstrukturen, sogenannte Clusterwurzeln, die unter Eisen- und Phosphatmangelbedingungen angelegt werden. Clusterwurzeln findet man insbesondere auch in einigen Wildpflanzen, wie Proteaceen, die an niedrigste Bodenphosphorgehalte angepasst sind. Wurzelcluster beruhen auf der zeitlich und lokal eng begrenzten, sehr dichten Anlage von Lateralwurzeln zweiter Ordnung hinter den Wurzelspitzen. Die Meristeme dieser dicht behaarten Lateralwurzeln sterben recht schnell in koordinierter Weise ab, was deren Länge begrenzt. Schließlich sekretieren die reifen Cluster organische Anionen, welche durch Ligandenaustausch an Bodenteilchen Phosphat mobilisieren. Die Position und Funktion von Clusterwurzeln wird systemisch, phytohormonell und metabolisch reguliert, ähnlich wie die Anlage von Lateralwurzeln in anderen Pflanzen. Das Lateralwurzelsystem wird generell auch durch kurze, prozessierte Signalpeptide reguliert, welche an Membranrezeptoren binden und offenbar den Abstand von neu angelegten Wurzeln zueinander und ihre Länge begrenzen. Ähnliche Rezeptoren regulieren darüber hinaus die Anzahl und Dichte von stickstofffixierenden Knöllchen in Leguminosenwurzeln. Erste Daten zeigen nun, dass ein kurzes Peptid die Wurzelcluster der Weisslupine beeinflusst. Hier sollen Signalpeptide aus nativen Clusterwurzeln isoliert und identifiziert werden, darüber hinaus soll auf Effekte auf Cluster gescreent werden. Die Bedeutung eines Rezeptor / Peptid-Paares für die Clusterwurzelbildung soll mittels "hairy-root" Transformationsmethode geklärt werden. Die Entschlüsselung von genetischen Faktoren für die Clusterwurzelbildung könnte nicht nur eine Besonderheit einiger Pflanzenspezialisten aufklären, langfristig könnte dies den Transfer von Clusterwurzeln auch auf andere Kulturpflanzen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen