Die Rolle des Kaliumtransports in Reis für eine nachhaltige Ertragssicherung.

• Antragsteller: Professor Dr. Rob Roelfsema, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen ; Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445975641

Getreide im Allgemeinen und Reis im Besonderen sind die Hauptnahrungsquelle einer stetig wachsende Weltbevölkerung. Viele dieser Kulturen werden auf intensiv genutzten Feldern angebaut, denen regelmäßig Bodennährstoffe durch Düngung zugefügt werden müssen. Aufgrund der hohen Kosten und des Energiebedarfs, ist es notwendig zukünftig den Einsatz von Düngemittel zu beschränken und eine nachhaltigere Form der Landwirtschaft zu etablieren. Kulturpflanzen, die Nährstoffe effizienter als die derzeit verfügbaren Linien nutzen, können dazu beitragen, diese Ziele zu erreichen. Kalium (K+) ist der wichtigste kationische Nährstoff und sein Transport wurde intensiv an der Modellpflanze Arabidopsis untersucht. Über die Transportproteine, welche die K+ -Flüsse in Getreide bewirken, ist jedoch wenig bekannt. Unsere vorherige Studie hat wichtige Unterschiede in der Gewebelokalisierung und den Aktivierungsmechanismen von K+ -Effluxkanälen zwischen Reispflanzen und Arabidopsis gezeigt. Im vorgeschlagenen Projekt konzentrieren wir uns auf K+ -Effluxkanäle des Shaker-Typs und der HAK/KUP K+-Transporterfamilie, die den Kaliumtransport in Reispflanzen von der Wurzel zum Spross und innerhalb der Stoma-Komplexe der Blätter ermöglichen. Wir werden die Zelltypen identifizieren, welche die ausgewählten K+-Transportproteine exprimieren und Reispflanzen erzeugen, denen funktionelle Versionen dieser Proteine fehlen. Diese transgenen Linien werden bezüglich des Wachstums, Wasserverbrauchs und der Ertragsausbeute mit Wildtyp-Reispflanzen unter Gewächshaus- und Freilandbedingungen verglichen. Darüber hinaus werden wir die K+ -Effluxkanäle und -Transporter von Reis in Arabidopsis-Schließzellen und Xenopus-Oozyten exprimieren, um ihre biophysikalischen Eigenschaften wie Ionenselektivität und spannungsabhängige Aktivierung zu charakterisieren. Im Zentrum unserer Aufmerksamkeit steht die Rolle der ausgewählten K+-Kanäle und -Transporter im Xylem und bei der Stoma-Bewegung. Wir werden fluoreszenzmarkierte K+-Kanäle und Transporter verwenden, um zu untersuchen, ob die Transportproteine eine polare subzelluläre Lokalisation aufweisen. Zudem wird die Funktion dieser Transporter mit Einzelzellentechniken untersucht, bei denen ionenselektive Elektroden zum Einsatz kommen. Unsere Studie soll Einblicke zur spezifischen Rolle der K+ -Effluxkanälen und -Transportern auf zellulärer Ebene gewinnen und deren Bedeutung für das Wachstums der Reispflanzen unter Freilandbedingungen aufklären. Dieses Wissen wird für die Züchtung von Reissorten, die mit einem geringeren Bedarf an K+ -Dünger, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines guten Nährstoffgehaltes, von großer Bedeutung sein. Nutzpflanzen mit solchen optimierten Eigenschaften werden wichtig sein, um eine nachhaltige Landwirtschaft und unseren zukünftigen Nahrungsmittelbedarf sicherzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Dietmar Geiger; Professor Dr. Rainer Hedrich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Jean-Christophe Boyer; Dr. Claire Corratgé-Faillie; Dr. Doan Trung Luu; Dr. Anne-Aliénor Véry