SP02: Die Plastizität des Zell-zu-Zell und apoplastischen Wasser-Tranportes in Wurzeln und Blättern in Reaktion auf Wassermangel im Boden

• Antragsteller: Professor Dr. Gerd Patrick Bienert; Professor Dr. Lukas Schreiber
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538902328

Viele Faktoren beeinflussen die Wasserleitfähigkeit in Pflanzen. Verständnis über die Koordination und Rückkopplungsmechanismen zwischen hydraulischen Leitfähigkeiten im Boden, Wurzel, Blättern und Stomata als Reaktion von Pflanzen auf Wassermangel im Boden fehlt weitgehend. Dieses Projekt untersucht die beiden parallelen Wege des radialen Wassertransports in Wurzeln und Blättern, um ihre regulatorischen räumlichen und zeitlichen Beiträge (wann, wo und wie) zum Wasserfluss vom Boden in die Atmosphäre aufzuklären. Es sollen vergleichend der Zell-zu-Zell-Weg (über Zellmembranen, maßgeblich bestimmt durch Wasserkanalproteine (Aquaporine - AQPs) und der apoplastische Weg (über suberinisierte und lignifizierte Zellwände/apoplastische Barrieren) analysiert werden. Ziel ist es, die Beiträge zellulärer und apoplastischer Barrieren zur Pflanzen-Hydraulik nach Einsetzen von Wasserknappheit räumlich-zeitlich zu identifizieren, sowohl auf der Ebene des gesamten Boden-Pflanzen-Kontinuums als auch ihre potenziellen Wechselwirkungen mit dem lokalen Wasserfluss in Wurzeln und Blättern. Zwei Mais (Zea mays) Genotypen mit unterschiedlichem Wassernutzungsverhalten (nicht-Wasser-sparend, anisohydrisch vs. Wasser-sparenden, isohydrisch) werden unterschiedlichen Wasser-Stress Bedingungen ausgesetzt und verglichen. Dies soll Aufschluss darüber geben, welche Rolle und welchen Beitrag der AQP-vermittelte Zell-zu-Zell- und der apoplastisch bestimmte Zellwandtransport von Wasser bei den unterschiedlichen Wassernutzungsverhalten der Maisgenotypen spielen. Die Hypothese ist, dass als Reaktion auf eine verringerte Bodenwasserverfügbarkeit die beiden parallelen Wege (Zelle-zu-Zelle vs. apoplastisch) auf hoch koordinierte Weise reguliert werden, um die Wassernutzung spezifisch an den notwendigen Wasserbedarf anzupassen. Um die radiale Diffusion von Wasser in das Wurzelxylem und die Diffusion von Wasser aus dem Xylem zu den Stomata der Blätter zu optimieren, wird die hydraulische Leitfähigkeit durch Veränderung der AQP-Expression/-Aktivität (Zell-zu-Zell-Weg) in Wurzeln und Blättern und parallel dazu durch Modulation apoplastischen Barrieren (Suberin- und Lignigneinlagerungen) angepasst. Im Vergleich zu anisohydrischen Pflanzen wird erwartet, dass isohydrische Pflanzen ihre apoplastischen Barrieren durch Suberinisierung / Lignifizierung verstärken (grobe Wassertransportregulation), um unkontrollierten Wasserverlust, z. B. passive Rückdiffusion in den Boden, zu reduzieren. Weiter wird erwartet, dass isohydrische im Vergleich zu anisohydrischen Pflanzen den Wassertransport über den Zell-zu-Zell-Weg durch die Modulation der AQPs (Feinregulierung des Wassertransports) gewebespezifisch anpassen und damit die Wasserhomöostase der Pflanze aufrechterhalten. Die Hypothese ist, dass spezifische Reaktionen den Wassertransport (apoplastisch und symplastisch) koordiniert optimieren, um den Wasserhaushalt der Pflanzen als Reaktion auf Schwankungen der Wasserverfügbarkeit zu decken.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5820: Der Einfluss der Hydraulik von Boden und Pflanze auf Transpiration und Pflanzenwachstum in Reaktion auf Trockenheit [SOPHY]