SP03: ABA-Dynamik in Blättern von Angiospermen steuert den Wassertransport anhand von Spaltöffnungen

• Antragsteller: Professor Dr. Steven Jansen
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538902328

Es ist grundlegend für die Wachstumsresilienz von Pflanzen, wie sie auf Umweltveränderungen des Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuums reagieren, insbesondere bei Trockenheit. Im Rahmen der SOPHY-Forschungsgruppe untersucht dieses Teilprojekt die Rolle der Abscisinsäure (ABA) in den Blättern bei der Regulierung der Spaltöffnungsreaktion, um sicherzustellen, dass angiosperme Pflanzen unter Trockenstress im Bereich der hydraulischen Linearität bleiben (d. h. die Beziehung zwischen Transpiration und Blattwasserpotenzial ist linear). Zwei Hypothesen werden untersucht: (1) Spaltöffnungen schließen proaktiv als Reaktion auf Veränderungen des Blattwasserstatus, vermittelt durch ABA-Biosynthese und -Katabolismus, um den Übergang zur hydraulischen Nichtlinearität zu vermeiden; (2) der hydraulische Widerstand vom Wurzelxylem bis zu den Spaltöffnungen beeinflusst ABA-Dynamiken so, dass unter Trockenheit die hydraulische Linearität erhalten bleibt. Das Überprüfen dieser Hypothesen verknüpft physiologische, biochemische und anatomische Merkmale mit dem hydraulischen Widerstand entlang des Wassertransports von der Wurzel bis zur Transpirationsfläche. Zur Förderung der Zusammenarbeit innerhalb von SOPHY untersuchen wir dieselben vier Angiospermen wie in anderen Teilprojekten: zwei krautige einjährige (Zea mays, Helianthus annuus) und zwei verholzende Arten (Tilia cordata, Fagus sylvatica), sowohl unter kontrollierter Bodentrockenheit und variierendem Dampfdruckdefizit als auch im Freiland. Erfasst werden ABA-Konzentrationen, Katabolite, Spaltöffnungsleitfähigkeit und das Blattwasserpotenzial - bei ABA-defizienten Mutanten der Kräuter sowie bei Wildtyp-Linien aller Arten. Der hydraulische Widerstand entlang des Xylempfads wird anatomisch durch Messung der Gefäßlänge, Analyse des Gefäßdurchmessers und Modellierung von Lumen- und Endwandwiderständen ermittelt. Der Widerstand außerhalb des Xylems wird experimentell bestimmt und durch Daten zu apoplastischen und symplastischen Barrieren ergänzt. Eine zentrale Innovation liegt in der Verknüpfung hydraulischer Merkmale mit ABA-Analysen, um festzustellen, ob ABA-Dynamiken durch Veränderungen des hydraulischen Widerstands entlang des Wasserwegs gesteuert werden. Wir erwarten, dass der Widerstand außerhalb des Xylems und die Mesophyll-Dehydration zentrale Auslöser der ABA-Produktion sind. Zudem werden anatomische Merkmale mit der Spaltöffnungssensitivität und ABA-Dynamik unter Trockenheit verknüpft. PhylloClip-Sensoren werden eingesetzt, um die Transpiration kontinuierlich zu überwachen und die Hydroscape-Fläche zu messen. Außerdem analysieren wir durch den Vergleich von Sonnen- und Schattenblättern, wie die Anatomie die Schwellenwerte der Spaltöffnungsregulation beeinflusst. Durch die Verknüpfung von Hormonsignalen, Pflanzenanatomie und Ökophysiologie mit dem Ziel Transpirationskontrolle bei Angiospermen besser zu verstehen trägt dieses Projekt wesentlich zur Integration in das SOPHY-Kernmodell bei.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5820: Der Einfluss der Hydraulik von Boden und Pflanze auf Transpiration und Pflanzenwachstum in Reaktion auf Trockenheit [SOPHY]
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Scott A.M. McAdam, Ph.D.