Habitat-abhängige Regulation der pflanzlichen zellulären Atmung in Reaktion auf Sauerstoffstress und Elicitoren

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Markus Schwarzländer; Professorin Dr. Jennifer Selinski
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515385982

Pflanzen haben sich an die Sauerstoffverfügbarkeit in ihren Habitaten angepasst. Da zentrale Schritte des Stoffwechsels und der Signalweiterleitung sauerstoffabhängig sind, sind habitat-spezifische Anpassungsstrategien zu erwarten. Dieses Teilprojekt strebt an, Einblicke in den Zusammenhang der Sauerstoffversorgung und Pflanzen-Mikroben-Interaktionen zu erlangen. Der Fokus liegt auf dem respiratorischen Burst, eine entscheidende Komponente der Pflanzenabwehr und Signalgebung. In einem vergleichenden Ansatz werden zwei Modellpflanzen, die unterschiedliche Sauerstoffumgebungen repräsentieren, genutzt: terrestrische Gerste und aquatisches Seegras. Das Ziel ist zu verstehen, wie die habitat-spezifische Sauerstoffverfügbarkeit den respiratorischen Burst und andere Aspekte der Pflanzen-Mikroben-Interaktionen beeinflusst. Durch kombinierte Stressbehandlungen soll die Pflanzenantwort durch Atmungsanalysen, Messungen reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), Transkriptom- und Metabolit-Analysen untersucht werden. Innovative Techniken wie fluoreszierende Biosensoren ermöglichen die Echtzeitüberwachung der Zellphysiologie unter Stress. Die Plastizität des durch Elicitoren ausgelösten respiratorischen Bursts in Abhängigkeit der Sauerstoffversorgung und die Beiträge der Respiritory Burst Oxidase Homologue (RBOH) Proteine an der Plasmamembran sowie der mitochondrialen Oxidasen, einschließlich Alternative Oxidase (AOX), zur Atmung und ROS-Produktion wird untersucht. Neue Daten zeigen, dass Mitochondrien als zentrale Integratoren für Stressantworten agieren und die Antwort auf Hypoxie und biotischen Stress mitprägen. Ziel ist es, zu verstehen welche Anpassungsmechanismen die Interaktionen in unterschiedlichen Sauerstoffumgebungen ermöglichen. Die Unterscheidung der Mechanismen, die zum respiratorischen Burst in verschiedenen Habitaten beitragen, insbesondere adaptive Regulationsmechanismen der mitochondrialen Atmung, stehen im Fokus. Unter Berücksichtigung der AOX werden molekulare Akteure untersucht, die dem respiratorischen Burst zugrunde liegen, um zu verstehen wie sie sich in Anpassung an unterschiedliche Sauerstoffverfügbarkeiten entwickelt haben. Unter Verwendung des Gerstemodells wird der Einfluss von habitat- und sortenspezifischen Anpassungen der Atmung auf die Zusammensetzung des Mikrobioms analysiert. Wir untersuchen, wie die mitochondriale Atmung das Blattmikrobiom in terrestrischen und aquatischen Habitaten beeinflusst um herauszufinden, in welchem Maße der respiratorische Stoffwechsel die Zusammensetzung des Mikrobioms prägt. Über eine tiefgehende Integration in PlantsCoChallenge wird dieses Teilprojekt einen neuen zellphysiologischen Blickwinkel auf das Verständnis der Pflanzen-Mikroben-Interaktionen liefern. Von diesen grundlegenden Untersuchungen werden weitreichende Impulse auf Herausforderungen der Landwirtschaft, des Ökosystemmanagements und eine Vertiefung des Verständnisses der Pflanzen-Mikroben-Beziehungen in verschiedenen Lebensräumen erwartet.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5640: Physiologische und Evolutionäre Anpassung von Pflanzen an Zusammenwirkende Abiotische und Biotische Faktoren
• Großgeräte: Respiratory Activity Measurement System
• Gerätegruppe: 3560 Warburg-Apparaturen, Zellstoffwechsel-Analysengeräte