Grundlegende Mechanismen für die Resilienz von Wassertransport in Angiospermenblättern und -wurzeln gegenüber Trockenstress

• Antragsteller: Professor Dr. Mutez Ali Ahmed; Professor Dr. Steven Jansen
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556612650

Der Klimawandel stellt eine der größten Herausforderungen für unseren Planeten dar, da er vielerorts intensivere und längere Dürreperioden verursacht. Trockenheit wirkt sich auf die Physiologie vieler Pflanzen aus, führt zu einem verminderten Wachstum und Pflanzenproduktivität und trägt zu einem trockenheitsbedingten Waldsterben bei. Es ist wichtig, die Resilienz von Pflanzen gegen Trockenheit zu erforschen, sowohl die Fähigkeit zur Resistenz gegen Trockenheit als auch die potenzielle Erholung nach einer Dürre. Pflanzenwurzeln und -blätter sind unterschiedlich stark Trockenheit ausgesetzt und sind häufig die ersten betroffenen Organe. Jedoch sind die Mechanismen, die mit der Resilienz und der potenziellen Erholung dieser Organe zusammenhängen, wenig erforscht. So ist es unbekannt, wie sich die Erholungsschwellen von Wurzeln und Blättern zueinander verhalten und wie sie durch physiologische und anatomische Merkmale bestimmt werden. Unser Ziel ist es, die Trockenheitsresistenz und die potenzielle Erholungsfähigkeit des Wassertransports in Wurzeln und Blättern zu untersuchen. Damit möchten wir verstehen, wie die zeitliche Abfolge struktureller, biochemischer, hydraulischer und physiologischer Veränderungen während und nach der Trockenheit koordiniert wird. Durch die Untersuchung von vier Angiospermenarten (zwei krautige und zwei Baumarten) testen wir, wie die Widerstands- und Erholungsschwellen von Wurzeln und Blättern verknüpft sind. Auch werden wir die Mechanismen und die funktionelle Bedeutung des positiven Xylemdrucks untersuchen. Unsere Hypothese ist, dass ein Schließen der Stomata vor allem durch den Verlust der unterirdischen Leitfähigkeiten verursacht wird. Wir vermuten, dass sowohl das Schrumpfen der Wurzelhaare als auch der Kontaktverlust zwischen Boden und Wurzel in frühen Dürrephasen auftreten und dass das Schrumpfen der Wurzelrinde und der Wurzelhaare sowie die Erholungsschwellen artspezifisch und von der Bodenbeschaffenheit abhängig sind. Wir nehmen weiter an, dass, sobald die Stomata geschlossen sind, besonders die stomatäre Leckage und kutikuläre Transpiration die Resilienz der Blätter und das Überleben bei Dürre bestimmen. Ebenfalls vermuten wir, dass ein positiver Xylemdruck zum Wachstum und/oder zur Rehydratisierung des Gewebes unter nassen Bedingungen beiträgt. Es ist jedoch unbekannt, inwieweit dies zur Erholung von der Trockenheit beiträgt. Die Kooperation zweier komplementärer Forschungsgruppen stärkt jeweils das wissenschaftliche Gesamtprofil und ermöglicht die Kombination von Trockenexperimenten mit physiologischen Messungen und diversen bildgebenden Verfahren, inklusive Röntgen-Computertomographie. Jede Schlüsselfrage kombiniert De-/Rehydrationsexperimente mit der Analyse von anatomischen und ökophysiologischen Merkmalen. Durch die Kombination von Wurzel- und Blattmerkmalen mit der Trockenheitsresistenz und -erholung werden wir die Auswirkungen von Dürre auf krautige und holzige Angiospermen besser verstehen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen