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Projekt
Untersuchung von physiologischen, biochemischen und molekularen Reaktionen von Mais auf interagierende biotische und abiotische Stressoren (SP2)
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professor Dr. Mutez Ali Ahmed; Irsa Ejaz, Ph.D.
Fachliche Zuordnung
Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
Förderung
Förderung seit 2026
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 571153016
Mais, eine weltweit bedeutende Nutzpflanze, ist zunehmenden Ertragseinschränkungen aufgrund der kombinierten Einwirkung abiotischer und biotischer Stressfaktoren ausgesetzt. Die Erträge bleiben deutlich hinter dem vorhandenen Potenzial zurück, was auf ein unzureichendes mechanistisches Verständnis darüber hinweist, wie Mais gleichzeitig auftretende Stressfaktoren toleriert. Das Projekt 2 (SP2) zielt darauf ab, physiologische, biochemische und molekulare Reaktionen genetisch unterschiedlicher kommerzieller Maishybride unter kombinierten Stressbedingungen aufzuklären. SP2 ist in fünf miteinander verbundene Arbeitspakete (WPs) gegliedert. Diese WPs sind jeweils auf einen bestimmten Aspekt der Multistressreaktion fokussiert und ergänzen sich gegenseitig, wobei die behandelten Aspekte von der Wasserleitung aus dem Boden in die Pflanze und der Funktion der Wurzel über Signaltransduktions-Mechanismen bis hin zu hochauflösender Phänotypisierung und Algorithmen für maschinelles Lernen reichen. In WP1 wird eine automatisierte Wurzeldruckkammer in Kombination mit neuartigen Rehydrationsexperimenten eingesetzt, um die wichtigsten Ursachen über und/oder unter der Erde für die hydraulische Limitierung der Transpiration unter kombiniertem Stress zu entschlüsseln. WP2 hat zum Ziel, zwei zerstörungsfreie Bildgebungstechniken - die Mikro-Computertomographie und die Neutronen-Radiographie - zu nutzen, um die Rolle der Wurzelresilienz unter kombiniertem Stress zu untersuchen. Die verwendeten nicht-invasiven Bildgebungsmethoden ermöglichen die Analyse des Wurzelsystems bei kombinierter Stresseinwirkung. Um die molekulare Basis der Stresssignalgebung zu erforschen, konzentrieren wir uns auf Abscisinsäure (ABA) als zentralen Integrator (WP3). Endogene ABA wird quantifiziert und funktionelle Tests mittels transienter Expression von Signalkomponenten in Mais- und Arabidopsis-Protoplasten durchgeführt, um allelische Variationen in den Kernkomponenten der ABA-Signaltransduktion unter Multistressbedingungen zu charakterisieren. Zur nicht-invasiven Erfassung und Klassifikation von Reaktionen der Pflanze auf Stresseinwirkung etablieren wir eine Hyperspektral-Bildgebungspipeline (WP4), die mit physiologischen und biochemischen Messungen verknüpft wird. Um spezifische spektrale Muster mit physiologischen und molekularen Stressreaktionen assoziieren zu können, werden Algorithmen für maschinelles Lernen eingesetzt. WP5 zielt darauf ab, die physiologischen und biochemischen Reaktionen ausgewählter kommerzieller Maishybride unter natürlichen Feldbedingungen auf Einzel- und Kombinationsstress zu charakterisieren. SP2 wird ein Rahmenwerk für ein mechanistisches Verständnis der Mais-Toleranz gegenüber komplexem Umweltstress liefern. Die Daten sind eine entscheidende Grundlage für die Modellierungsvorhaben innerhalb der Forschungsgruppe und werden zur Entwicklung von Vorhersagewerkzeugen für die Leistungsfähigkeit von Mais unter klimarelevanten Multistress-Szenarien beitragen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Mitverantwortlich
Dr. Zhenyu Yang
