Die Rolle von TARGET OF RAPAMYCIN bei der schatteninduzierten Pathogenanfälligkeit in Pflanzen.

• Antragstellerin: Dr. Sarah Courbier
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513924299

Das Bevölkerungswachstum, gepaart mit Ackerlandverlusten, zwingt die Erzeuger dazu, mit weniger Land mehr Ertrag zu erzielen. Eine Strategie zur Ertragssteigerung besteht darin, die Pflanzen in geringerem Abstand wachsen zu lassen. Bei hohen Pflanzdichten müssen die Pflanzen jedoch miteinander um Licht konkurrieren. Pflanzen erkennen Schatten über eine Verringerung des Verhältnisses von rotem zu dunkelrotem Licht (niedriges R:FR). Niedrige R:FR-Verhältnisse werden durch Phytochrome als Photorezeptoren detektiert und lösen daraufhin eine starke Wachstumsreaktion aus, die hauptsächlich vom Wachstumshormon Auxin angetrieben wird: die sogenannte Schattenmeidereaktion, mit der Pflanzen aus dem Schatten ihrer Nachbarn herauswachsen. Neben dem Verstärkten Wachstum fördert ein niedriges R:FR die Anfälligkeit der Pflanzen gegenüber Krankheitserregern über eine Dämpfung der Signalübertragung von Abwehrhormonen, die als schatteninduzierte Anfälligkeit bezeichnet wird (Courbier et al., 2021). Darüber hinaus zeigen aktuelle Daten, dass beschattete Pflanzen Zucker anreichern, was zu einer Beeinträchtigung der biotischen Abwehrreaktionen und einer damit einhergehenden, erhöhten Krankheitsanfälligkeit führt (Courbier et al., 2020). Der molekulare Mechanismus wie die Ansammlung von Zucker zu einer erhöhten Anfälligkeit von Pflanzen führt, die um Licht konkurrieren, ist jedoch weiterhin unbekannt. In einer kürzlich durchgeführten RNA-Sequenzierungsstudie konnte ich zeigen, dass die Expression von TARGET OF TAPAMYCIN (TOR) als Reaktion auf simulierten Schatten hochreguliert wird. Bei Eukaryoten ist TOR einer der zentralen Wachstumsregulatoren, der durch Glukose und Auxin aktiviert wird, deren Level in beschatteten Pflanzen stark erhöht ist. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt ist in drei Arbeitspakete unterteilt, die darauf abzielen, (I) die räumlich-zeitliche Dynamik der TOR-Genexpression, der TOR-Proteinhäufigkeit und -aktivität als Reaktion auf Schatten und/oder Pathogeninfektion in Arabidopsis thaliana zu identifizieren, (II) die Abhängigkeit der TOR-Aktivität von schatteninduzierter Auxinwirkung und Glukoseakkumulation zu untersuchen, und (III) mögliche Verbindungen zwischen TOR-Signalübertragung und Abwehrhormon-Signalübertragung aufzudecken. Auf diese Weise möchte ich herausfinden, ob und wie Zuckerakkumulation in Pflanzen als Reaktion auf Vegetationsschatten TOR-Aktivität und den daraus resultierenden Kompromiss zwischen Wachstum und Abwehr kontrolliert. Die gewonnenen Erkenntnisse werden entscheidend zum Verständnis beitragen, wie Pflanzen Lichtsignale von Nachbarpflanzen nutzen, um Wachstum und Verteidigung in einer sich ständig verändernden und umkämpften Umgebung in Balance zu halten. Darüber hinaus werden die Ergebnisse dieses Projekts dazu beitragen, den zentralen Regulator von Wachstum und Pathogenresistenz TOR als ein vielversprechendes Ziel für die Züchtung von Pflanzensorten zu identifizieren, die für den Anbau in höherer Dichte geeignet sind.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle