Untersuchung der Rolle von Strigolactonen in Gerste als Antwort auf Trockenheit

• Antragsteller: Dr. Michael Melzer
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426557363

Strigolactone (SLs) werden als eine Klasse von Pflanzenhormonen beschrieben, die symbiotische Wechselwirkungen in der Rhizosphäre fördern und die Pflanzenarchitektur und die Organentwicklung regulieren. In Gerste wurde kürzlich gezeigt, dass Abscisinsäure (ABA) Transkripte der SL-Biosynthese unterdrücken. Jüngste Erkenntnisse zeigen, dass die SL-Signalmutante sensitiv gegen Trockenheit und unempfindlich gegenüber ABA-Behandlung ist. Zusätzliche Berichte über Wechselwirkungen von SLs mit ABA während Trockenstress in Reis und Tomaten oder osmotischem Stress in L. japonicus legen nahe, dass SLs auch eine wichtige Rolle bei abiotischer Stressreaktionen spielen können. Das Hauptziel unseres vorgelegten Projektantrags besteht in einer tiefgreifenderen Studie zu ABA-SL-Wechselwirkung in der Kulturpflanze Gerste als Reaktion auf Trockenstress. Zunächst wird die verfügbare Gerstenmutante hvd14.d, deren SL-Signalweg fehlerhaft ist, und ihre Elternlinie unter Normalbedingungen und Trockenstress untersucht. Zusätzlich zu physiologischen und morphologischen Analysen werden Immunolokalisierungsstudien von HvD14 durchgeführt, um das Wissen hinsichtlich des Transkriptionsorts und/oder des möglichen Transports des Proteins über Phloem oder Xylem während der Pflanzenentwicklung und als Reaktion auf Trockenstress zu vertiefen. Komplementäre Vergleichsstudien von Gerstenakzessionen, die eine natürliche Variation in der Sequenz des HvD14-Gens aufweisen, werden durchgeführt, um weitere Erkenntnisse über molekulare Mechanismen für eine verbesserte Bestockung und Trockentoleranz zu gewinnen. Um die direkten oder indirekten Wechselwirkungen zwischen SLs und ABA aufzuzeigen, werden weitere Mutanten mit modifizierten Gerstengenen der SL-Biosynthese (D27, D17, HvD10, MAX1) und des Signalwegs (D3, D53, FC1) mittels gezielter Mutagenese (CRISPR RNA / Cas9) und einer TILLING-Population erstellt. Darüber hinaus wird die Tiefensequenzierung differentiell exprimierter Gene, durch Messung der Konzentrationen von SLs, ABA, Auxinen, Brassinosteroiden, Cytokininen, Gibberellinen, Jasmonsäure und Salicylsäure mit und ohne Trockenstressbehandlung vervollständigt. Darüber hinaus werden selektierte Mutantenlinien mit ausgewählten Hormonen wie ABA, Brassinosteroiden und Cytokininen behandelt, um vorhergesagte Wechselwirkungen zu bestätigen. Schließlich werden die in allen Arbeitspaketen erzielten Ergebnisse zusammengestellt, um Wechselwirkungen von SLs mit anderen Phytohormonen als Reaktion auf Trockenstress aufzuzeigen. Hierzu werden die Schließung der Stomata und Entwicklungsprozesse wie Bestockung oder laterale Wurzelbildung vergleichend untersucht. Zur Stärkung unserer Hypothese werden im Besonderen Analysen des Phytohormongehalts und die zelluläre Lokalisation von D14 und anderen Proteinen, die in den Studien als wichtige Faktoren für die SL-Reaktion auf Trockenstress identifiziert wurden, herangezogen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Partnerorganisation: Narodowe Centrum Nauki (NCN)
• Mitverantwortlich: Dr. Götz Hensel
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Agata Daszkowska-Golec; Dr. Marek Marzec