Mechanismen der Phloembeladung in Laubbäumen und Koniferen: Analyse von Fagus sylvatica und Picea abies

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Gertrud Lohaus; Privatdozentin Dr. Ruth Stadler
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 535780249

Bäume transportieren Zucker über weite Strecken von den photosynthetisch aktiven Blättern (Source-Organe) zu den Wurzeln und zu anderen Sink-Organen. Die Regulation der Produktion und Speicherung von Zuckern, sowie des Transports im Phloem ist eine Möglichkeit für Pflanzen, auf saisonale oder andere Umweltveränderungen zu reagieren. Dies ist besonders wichtig für langlebige Organismen wie Bäume sowie angesichts der anhaltenden globalen Erwärmung. Ein entscheidender Schritt bei der Verteilung von Kohlenstoffverbindungen in der Pflanze ist die Beladung des Phloems mit Saccharose, der wichtigsten Transportform für Kohlenhydrate. Allgemein kann Saccharose durch Plasmodesmen von den Mesophyllzellen bis in die Phloemzellen gelangen, ohne den Symplasten zu verlassen. Voraussetzung hierfür ist, dass alle Zellen über Plasmodesmen verbunden sind und die Saccharosekonzentration in den Mesophyllzellen höher ist als die im Phloem. Wenn jedoch nicht alle Zelltypen ausreichend über Plasmodesmen verbunden sind, muss Saccharose erst aus den Mesophyllzellen oder den Phloemparenchymzellen in den Apoplasten exportiert werden, bevor sie von dort ins Phloem geladen werden kann. Von krautigen Pflanzen ist bekannt, dass für diesen Transport zwei Arten von Proteinen erforderlich sind: einerseits SUGARS WILL EVENTUALLY BE EXPORTED TRANSPORTER (SWEET), die den Export von Saccharose in den Apoplasten katalysieren und anderseits Sucrose-Uptake-Transporter (SUT/SUC), die das Phloem mit Saccharose aus dem Apoplasten beladen. Dieser aktive Beladungsprozess führt zu höheren Saccharosekonzentrationen im Phloem als im Zytosol der Mesophyllzellen. Die Mechanismen der Beladung des Phloems mit Saccharose wurden bei krautigen Pflanzen intensiv untersucht, jedoch bisher nicht bei Bäumen. Das Ziel des vorliegenden Projekts ist es daher, die Mechanismen der Phloembeladung beispielhaft bei Fagus sylvatica und Picea abies zu untersuchen. Dadurch sollen diese wichtigen Prozesse sowohl bei Laubbäumen als auch bei Nadelbäumen (Koniferen) aufgeklärt werden. Unser Projekt konzentriert sich dabei auf die folgenden vier Aspekte: I) Bestimmung der Saccharosekonzentrationen in Mesophyllzellen und im Phloem; II) Identifizierung und Charakterisierung von Saccharosetransportern vom SWEET- und SUT-Typ, die Analyse ihrer Expression mittels in-situ-Hybridisierung sowie ihrer zelltypspezifischen Lokalisierung durch Immunhistochemie; III) Analyse der Zell-Zell-Konnektivität und der Expression von Saccharosetransportern während der Blattentwicklung (Sink-Source-Übergang) und IV) der Einfluss von Jahreszeiten bzw. Trockenstress auf die Phloem-Beladungsstrategien. Die erzielten Erkenntnisse über die Beladungsmechanismen des Phloems in Bäumen und des Einflusses verschiedener Umweltbedingungen werden dazu beitragen, die Bedeutung dieser physiologisch wichtigen Prozesse für die ökologische Fitness der verschiedenen Baumarten zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen