Lotus japonicus WHY2 moduliert die Wurzelentwicklung durch Regulierung der Expression des Auxin-Repressors IAA14

• Antragstellerin: Dr. Thuy Linh Nguyen
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563043005

Das Wurzelsystem ist wesentlich für die Aufnahmen von Nährstoffen wie Nitrat aus dem Boden. Bei Stickstoff-Mangel vergrößern viele Pflanzen durch die Bildung zusätzlicher Seitenwurzeln ihre Wurzeloberfläche, ein Prozess, der als „Futtersuche“ bekannt ist. Außerdem können bestimmte Pflanzen, z. B. Leguminosen, Stickstoff über symbiotische Wurzelorgane (Knöllchen) aufnehmen, die von stickstofffixierenden Bakterien (Rhizobien) besiedelt werden. In Vorarbeiten haben wir eine Mutantenlinie einer Leguminose (Lotus japonicus) charakterisiert, die kein funktionsfähiges WHY2-Gen enthält. WHY2 gehört zu einer pflanzenspezifischen Transkriptionsregulatorfamilie namens WHIRLY, die an der Pflanzenentwicklung und an Stressreaktionen beteiligt ist. Unsere Daten zeigen, dass das Fehlen des WHY2-Gens zu anomal geformten Wurzelsystemen und Entwicklungsdefiziten der Pflanze führt. Phänotypische und genregulatorische Daten legen nahe, dass WHY2 eine Rolle bei der Koordinierung der Wurzelsystemanpassung an Nitratverfügbarkeit spielt. Eine wichtige Rolle scheint hierbei der Effekt von WHY2 auf das Pflanzenhormon Auxin zu spielen, das eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des Wurzelsystems spielt. Im Rahmen des Projektes soll die Funktion von WHY2 (a) bei der Wurzelentwicklung und (b) der Anpassung des Wurzelsystems an Stickstoffverfügbarkeit und Symbiose untersucht werden, sowie (c) seine Beteiligung an der Wirkung des Hormones Auxin in der Steuerung des Wurzelwachstums. Ein wichtiger Schritt ist hierbei die Analyse von Ljwhy-Mutantenlinien, mit besonderem Fokus auf Seitenwurzel-Primordien und Seitenwurzeln höherer Ordnung. Anhand der nichtsymbiotischen Modellart Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) werden wir untersuchen, ob eine Rolle von WHY2 in der Wurzelentwicklung artübergreifend konserviert ist. Da Leguminosen ein Gleichgewicht zwischen Wurzel- und Symbioseentwicklung herstellen müssen, um die Stickstoffaufnahme zu optimieren, wird auch die Rolle von WHY2 bei diesem Prozess erforscht. Projektziel ist es außerdem zu klären, wie WHY2 in das regulatorische Netzwerk der Wurzelentwicklung integriert ist. Ein mögliches Zielgen von WHY2 ist der Auxin-Repressor IAA14 (INDOLE-3-ACETIC ACID INDUCIBLE 14). Wir werden auch unvoreingenommene Ansätze durchführen, um mögliche weitere Interaktionspartner und Zielgene von WHY2 zu ermitteln. Insgesamt wird das hier vorgestellte Forschungsprojekt unser mechanistisches Verständnis für die Anpassung der Wurzelarchitektur an die Bodenumgebung, z. B. die Nitratverfügbarkeit und das symbiotische Potenzial, erweitern. Außerdem werden wir tiefere Einblicke in die Rolle von WHY2 bei der Auxin-gesteuerten Wurzelentwicklung gewinnen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle