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Wurzelstruktur und Bodentextur abhängige mikrobielle Selbstorganisation in der Rhizosphäre und in spezifischen Zellen der Endorhizosphäre von Mais
Projekt
Förderkennzeichen: DFG-403671039
Laufzeit: 01.01.2018
- 31.12.2020
Forschungszweck: Grundlagenforschung
Die Interaktion von Wurzeln und mikrobiellen Gesellschaften in der Rhizosphäre und der Endorhizosphäre reguliert das Wachstum von Pflanzen durch die Aufnahme von Nährstoffen aus dem Boden und trägt zur Gesundheit der Pflanzen durch die Unterdrückung von Pathogenen oder die Verbesserung der Krankheitsresistenz bei. Ziel dieses Projekts ist, zu verstehen wie die Struktur des Wurzelsystems von Mais, seine Exsudate und die Textur des Bodens die Selbstorganisation der Mikrobiome von Bakterien und Pilzen in der Rhizosphäre und Endorhizosphäre regulieren. Um die Rolle der Wurzelstruktur bei der Wurzel-Mikrobiom Interaktion zu studieren, werden alle Experimente mit den Maismutanten roothairless 3 (rth3), die keine Wurzelhaare bildet und lateral rootless 1 (lrt1), die keine Lateralwurzeln initiiert, durchgeführt. Um den Einfluss der Bodentextur auf die Wurzel-Mikrobiom Interaktion zu studieren, werden alle Pflanzen in schluffigem Lehm und lehmigem Sand angezogen. Kürzlich konnten wir nachweisen, dass es wurzeltypspezifische Unterschiede in der mikrobiellen Kolonisierung gibt. Wir werden uns deshalb in diesem Antrag ausschliesslich auf Primärwurzeln von Mais fokusieren. Im ersten Experiment werden wir die Rolle der Wurzelstruktur und der Bodentextur bei der Interaktion von Mais Primärwurzeln und ihren Exsudaten mit dem Mikrobiom der Rhizospäre studieren. Zu diesem Zweck werden wir die Transkriptome der Primärwurzeln der verschiedenen Genotypen, die in unterschiedlichen Bodentexturen gewachsen sind, sequenzieren und die Metabolome ihrer Exsudate bestimmen. Parallel dazu werden wir die taxonomische Zusammensetzung der Mikrobiome der Rhizosphäre definieren. Schließlich werden wir Netzwerkinferenzen konstruieren, um zu zeigen, wie sich die Komponenten dieses biologischen Systems gegenseitig beeinflussen und die Selbstorganisation in der Rhizosphäre steuern. Im zweiten Experiment werden wir die Rolle der Wurzelstruktur und Bodentextur bei der Interaktion von spezifischen Wurzelgeweben und ihrer Mikrobiome in der Endorhizosphäre untersuchen. Dazu werden Primärwurzeln der verschiedenen Genotypen, die in unterschiedlichen Bodentexturen gewachsen sind, mittels Laser Mikrodissektion in Epidermis, Cortex und Stele separiert und dann einer RNA-seq Analyse unterzogen. Ausserdem werden wir die taxonomische Zusammensetzung der Mikrobiome in der Endorhizosphäre dieser drei Kompartimente bestimmen, um die Hypothese zu testen, dass funktionell unterschiedliche Wurzelgewebe verschiedene mikrobielle Gemeinschaften aus der Rhizosphäre anlocken. Ausserdem werden wir Netzwerkinferenzen konstruieren, um zu demonstrieren, dass mikrobielle Gemeinschaften, die diese Kompartimente bewohnen funktionell mit ihren koexprimierten Transkriptionsmodulen synchronisiert sind. Schliesslich werden wir die in der Endorhizosphäre erhobenen Transkriptom- und Mikrobiomdaten mit Hilfe von Hybridisierungsexperimenten und bildgebenden Verfahren auf zellulären Ebene in situ validieren.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Pflanzenernährung
- Bodenkunde
Förderprogramm
Ausführende Einrichtung
Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES)
