Zelluläre und molekulare Charakterisierung der von Phenylborsäure induzierten Bormangelerscheinungen in der Primärwurzel von Mais

• Antragstellerin: Dr. Michaela Matthes
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455453902

Bormangel ist ein weltweit verbreiteter abiotischer Stress, der zu starken Ertragseinbußen bei vielen Nutzpflanzen, wie beispielsweise Mais, führt. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind nur teilweise erforscht. Der Mikronährstoff Bor wird in Form von Borsäure von der Pflanze aufgenommen und kann cis-Diole binden, was ausschlaggebend für seine Funktion ist. Theoretisch gibt es viele mögliche Bor-Bindestellen in der Pflanzenzelle, allerdings wurde bis jetzt nur gezeigt, dass Bor an Rhamnogalacturonan-II (RG-II) binden kann, und wichtiger noch, dass Bor zwei RG-II Moleküle in der Zellwand miteinander verbindet. Ob es weitere Bor-Bindestellen gibt und ob Bor außerhalb der Zellwand biologische Signifikanz hat, ist bisher ungeklärt. Um diese Fragen zu untersuchen, soll im vorgeschlagenen Projekt die Chemikalie Phenylborsäure (PBS) verwendet werden, welche strukturell ähnlich zur Borsäure ist. Ähnlich zur Borsäure versorgt PBS Pflanzenzellen mit Bor und bindet an cis-Diole. Im Unterschied zur Borsäure kann PBS aber keine Moleküle miteinander verbinden, weswegen PBS verwendet wird, um Symptome von Bormangel zu induzieren. Mit Hilfe von PBS besteht deshalb die Möglichkeit weitere Funktionen von Bor neben der Verbindungsfunktion von RG-II, sowie weitere Bor-Bindepartner zu identifizieren. Das vorgeschlagene Projekt soll die von PBS induzierten zellulären und molekularen Defekte in der Primärwurzel von Mais untersuchen und mit Defekten vergleichen, die durch Bor Defizienz induziert werden. Dabei sollen gezielt folgende Prozesse genauer untersucht werden: Zellteilung, Zellexpansion, Meristementwicklung, Ethylen Biosynthese, Auxin Transport und Signalprozesse von Cytokinin. Zusätzlich sollen im beantragten Projekt durch Screening und Proteomics-Ansätze die molekularen Angriffspunkte von PBS identifiziert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen