Optogenetische Untersuchung der verletzungsinduzierten Kalzium- und elektrischen Signalübertragung zwischen Seitenwurzeln.

• Antragsteller: Dr. Angel Baudon
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Biochemie und Biophysik der Pflanzen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564693890

Pflanzen mussten Verteidigungsmechanismen entwickeln, die sich im gesamten Organismus über große Entfernungen ausbreiten, um externen Aggressionen wie phytophagen Insektenangriffen zu begegnen. Die Ausbreitung von elektrischen und Ca2+-Wellen von Blatt zu Blatt und von Wurzel zu Blatt ist nach einer Verwundung beobachtet worden, aber die Kommunikation von Wurzel zu Wurzel wurde noch nie getestet. In diesem Projekt werde ich neue optogenetische Ansätze und modernste lokale Lichtstimulationen kombinieren, um zu verstehen, wie sich Ca2+- und elektrische Signale im Netzwerk ausbreiten, um pflanzliche Abwehrmechanismen in Wurzeln zu fördern, die weit von der Verletzungsstelle entfernt sind, und es der Pflanze zu ermöglichen, phytophagen Insektenangriffen zuvorzukommen. Ich werde zunächst elektrische und Ca2+-Signale lokal in den Wurzeln von Arabidopsis thaliana-Keimlingen aufzeichnen, um zu zeigen, dass Wurzeln auf Verletzungen mit elektrischen und Ca2+-Signalen reagieren. Anschließend werde ich untersuchen, ob sich dieses Verletzungssignal auf benachbarte Wurzeln innerhalb derselben Pflanze ausbreiten kann. Angesichts der Fähigkeit von Glutamat, nach einer Wunde im Spross als schadensassoziiertes molekulares Muster zu wirken, werde ich die Fähigkeit dieser Aminosäure testen, lokale und weitreichende elektrische und Ca2+-Signale auszulösen. Sobald diese Wundkommunikation von Wurzel zu Wurzel nachgewiesen ist, werde ich diese Signale mit optogenetischen Werkzeugen nachahmen, um das Membranpotenzial und den Ca2+-Spiegel in den Wurzeln nicht-invasiv zu steuern. Mit Hilfe eines Mosaikmikroskops werde ich die elektrische und Ca2+-Aktivität der Wurzeln aufzeichnen, während ich an verschiedenen Stellen in den Wurzeln lokalisierte optogenetische Stimulationen durchführe. Dieser Ansatz wird es mir ermöglichen, eine "elektrische Verbindungskarte" des Wurzelgeflechts zu erstellen, die die bevorzugten Richtungen der elektrischen Signale innerhalb der Wurzelarchitektur zeigt. Schließlich werde ich die molekularen Mechanismen untersuchen, die für die Ausbreitung elektrischer Signale von einer Wurzel zu ihren Nachbarn verantwortlich sind, indem ich pharmakologische und mutierte Ansätze verwende. Ich werde mich auf die Rolle von Glutamat-ähnlichen Rezeptoren konzentrieren, da deren Beteiligung bei der Ausbreitung von Wund-Signalen von Blatt zu Blatt entscheidend ist. Darüber hinaus werde ich untersuchen, ob ein potenzieller Ca2+-induzierter Ca2+-Freisetzungsmechanismus an der Ausbreitung des Verletzungssignals von Wurzel zu Wurzel beteiligt ist. Wenn man versteht, wie Seitenwurzeln miteinander kommunizieren und durch welche Mechanismen, könnte man Wirkstoffe entwickeln, die die Immunreaktionen der Pflanzen verstärken und sie widerstandsfähiger gegen Krankheitserreger machen, anstatt Insektizide einzusetzen, die alle benachbarten Insekten töten.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle