Kontrolle des Wachstumswinkels von Gerstewurzeln durch ENHANCED GRAVITROPISM 2 und assoziierte Gene

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Hochholdinger
• Fachliche Zuordnung: Genetik und Genomik der Pflanzen ; Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 430951881

Der Wurzelwachstumswinkel bestimmt, wie Getreidewurzeln relativ zum Schwerkraftvektor wachsen. Er gehört zu den wichtigsten Determinanten der Architektur des Wurzelsystems, da er die Wasseraufnahmekapazität und die Effizienz der Nährstoffnutzung und damit den Pflanzenertrag steuert. In der ersten Förderperiode dieses Projekts klonierten wir das Gen EGT2 und wiesen nach, dass es für ein evolutionär konserviertes Protein mit STERILE ALPHA MOTIF-Domäne kodiert. Darüber hinaus konnten wir in transkriptomischen Experimenten eine erhebliche Überlappung von Genen zeigen, die durch EGT2 und Gravistimulation reguliert werden, was auf eine zentrale Rolle dieses Gens bei der Kontrolle der molekularen Netzwerke zur Bestimmung des Wurzelwinkels in Gerste hindeutet. Schließlich konnten wir nachweisen, dass ein Teil der Gene, die durch Gravistimulation und EGT2 transkriptionell reguliert werden, Proteine kodieren, die direkt mit EGT2 interagieren. Auf der Grundlage der Ergebnisse der ersten Förderperiode ist das übergeordnete Ziel der zweiten Förderperiode, ein tieferes Verständnis der EGT2-abhängigen molekularen Prozesse zu erlangen, die der Determinierung des Wurzelwinkels von Gerstensamenwurzeln zugrunde liegen. Experimentell gehen wir dieses Ziel durch drei Versuchsreihen an. Zunächst werden wir die Beziehung zwischen dem Winkel der Seminalwurzeln von Gerste und der Aktivität und der allelischen Variation des EGT2-Gens untersuchen, indem wir Gerstenlinien erzeugen, die EGT2 überexprimieren und analysieren, wie die EGT2-Genexpression den Winkel der Seminalwurzel kontrolliert. In diesem Zusammenhang werden wir auch bestimmen, wie die natürliche allelische Variation von EGT2 den Wurzelwinkel der entsprechenden Gersten-Haplotypen moduliert. In einer zweiten Reihe von Experimenten werden wir die Rolle von Auxin bei der EGT2-vermittelten Kontrolle des Wurzelwinkels in Gerste untersuchen, indem wir drei Gerstenlinien erzeugen, die translationale fluoreszierende Fusionsproteine der Auxin-Efflux-Carrier HvPIN3 und HvPIN4 und des Auxin-Influx-Carriers HvLAX1 enthalten, die alle durch EGT2 und durch Gravistimulation reguliert werden. Anschließend werden wir die Aktivität und die gewebe- und zelltypspezifische Akkumulation dieser Markerproteine in gravistimulierten Wurzeln von Wildtyp- und egt2 Mutanten untersuchen. Darüber hinaus werden wir Tilling Mutanten von HvPIN3, HvPIN4 und HvLAX1 sowie Doppelmutanten dieser Gene mit egt2 analysieren. Schließlich werden wir die Expression dieser Auxin-Transportgene und von EGT2 in allen Einzel- und Doppelmutanten im Vergleich zu Wildtyp-Wurzeln studieren. In der dritten Versuchsreihe werden wir die Mutanten der Gene OMT, GXM und HMT, die für Proteine kodieren, die direkt mit EGT2 interagieren, funktionell charakterisieren und Doppelmutanten dieser Gene mit egt2 erzeugen und analysieren. Schließlich werden wir die Expression dieser Gene und von EGT2 in allen Einzel- und Doppelmutanten im Vergleich zu Wildtyp-Wurzeln untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen