Funktionelle Charakterisierung der Auxin-vermittelten Stimulation der Adventivwurzelbildung in Petunia durch Dunkelheit

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Uwe Drüge
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 516609515

Die Adventivwurzelbildung in Kopfstecklingen ist die wichtigste Grundlage für die vegetative Vermehrung gartenbaulicher Kulturpflanzen. Dies gilt auch für die Petunie, die weltweit zu den wichtigsten Beet- und Balkonpflanzen zählt und zunehmend als gartenbauliche Modellpflanze für die Forschung genutzt wird. Unsere bisherigen Arbeiten an Petunia hybrida 'Mitchell' haben gezeigt, dass eine vorübergehende Dunkelinkubation von Stecklingen die Adventivwurzelbildung stark fördert, so dass die nachfolgende Kultivierung in beheizten Gewächshäusern deutlich reduziert werden kann. Die dunkel-stimulierte Adventivwurzelbildung in der Sprossbasis ist mit einer lokal erhöhten Akkumulation des Auxins Indol-3-essigsäure und einer Hochregulierung von Genen verbunden, die für den Auxineffluxtransporter PIN1 und verschiedene Komponenten der Auxinsignalkette kodieren. Die erhöhte Auxinakkumulation in der Sprossbasis ist abhängig vom oberen Sprossabschnitt, während die Auxinsignaltransduktion auch durch die Stickstoffversorgung der Stecklinge beeinflusst wird. In dem beantragten Projekt sollen die kritischen molekularen Faktoren und Prozesse aufgeklärt werden, die auf der Ebene des gesamten Stecklings die durch Dunkelheit verstärkte Auxinanlieferung in der Sprossbasis und die dunkel-induzierte Stimulierung der Auxinsignalkette kontrollieren. Mögliche Auswirkungen der Dunkelheit auf die Auxin-Source im oberen Stecklingsabschnitt, auf konkurrierende Auxin-Sinks, auf die Effizienz des Auxintransportes und die Wechselbeziehungen von Auxin mit Metaboliten und anderen Hormonen werden untersucht. Dazu werden zwei Genom-sequenzierte Elter-Spezies von P. hybrida, die bezüglich der Dunkelreaktion der Adventivwurzelbildung kontrastieren, verglichen. Ein speziell entwickelter Microarray, der alle für Petunia bekannten Gene der Auxin-, Jasmonäure- und Strigolacton-Signalketten abdeckt, wird mit quantitative RT-PCR, Hormonanalysen, Auxintransportstudien und Methoden der inter- und intrazellulären PIN-Lokalisierung kombiniert, um die auf Dunkelheit reagierenden molekularen und biochemischen Steuerprozesse der Phytohormonhomöostasis und -signalketten und die betroffenen Stecklingsorgane zu identifizieren. Über pharmakologische Werkzeuge werden die Homöostasis oder Signaltransduktion von Phytohormonen und Primärmetaboliten modifiziert. Die Funktion ausgewählter Kandidatengene für die dunkel-geförderte Adventivwurzelbildung und ihre gewebespezifische Expression werden mit Hilfe von Agrobacterium-vermittelter Transformation und Mutagenese mit RNA-vermittelten Cas Endonukleasen untersucht. Das Projekt soll das Verständnis der lichtabhängigen endogenen Kontrolle der Auxinhomöostase und -signaltransduktion auf der Ebene des gesamten Stecklings erweitern und neue Perspektiven eröffnen, wie diese auf die Zielgröße „Wurzelregeneration“ ausgerichtet werden kann, so dass eine Reduktion des Einsatzes von Heizenergie und synthetischen Auxinen in der vegetativen Vermehrung möglich wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen