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Nährstoff- und Wassertransporter sind formgebend in der raum-zeitlichen Regulierung von Rhizosphären Organisationsprozessen in Mais

Projekt

Produktionsverfahren

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Produktionsverfahren


Förderkennzeichen: DFG-403625794
Laufzeit: 01.01.2018 - 31.12.2020
Forschungszweck: Experimentelle Forschung

Die Rhizosphäre adaptiert sich fortlaufend an eine sich verändernde Nährstoff- und Wasserverfügbarkeit. Eine Veränderung in der Wurzel- und Gewebestruktur oder metabolische Anpassungen aufgrund einer Imbalance eines einzigen Nährstoffes, kann weitreichende Folgen für die Aufnahme von anderen Nährstoffen und Wasser, den Wasserfluss im Boden, die Mucilage-Bildung, den Exudatfluss und das Mikrobiom haben. Wir stellen die Hypothese auf, dass Genexpressionmuster von Nährstoff- und Wassertransportern und deren Funktion entscheidend für die raum-zeitliche Regulation der Selbstorganisation der Rhizosphäre sind. Detailliertes Wissen über die zeit- und ortsspezifische Genexpression von Transportproteinen wird es erlauben, Rhizosphärenadaptationen und deren zugrundeliegenden Mechanismen zu verstehen. Das Hauptziel des Projektes ist es, Mechanismen zu identifizieren und zu charakterisieren, die für die Aufnahme von Nährstoffen und Wasser in einer sich verändernden Mais-Rhizosphäre unter Bormangelbedingungen wichtig sind. Im Speziellen werden wir uns dabei auf das unerforschte Zusammenspiel zwischen der Porenstruktur des Bodens, der raum-zeitlichen Wurzelarchitektur, des Wurzelgewebes und dessen Zellwandaufbaus sowie die sich verändernden Genexpressionsmuster von Transportern konzentrieren. Variierende Bornährstoffversorgungen bieten hierfür eine ideale Forschungsgrundlage, da Bormangel spezifische Effekte auf die Wurzelmorphologie und das -wachstum hat. Genexpressionsmuster von 14 Nährstoff- und 12 Wassertransportern, die essentiell für die Aufnahme und Verteilung von entweder B, N, P, S, Fe oder Si sind und deren Transkriptmenge sehr schnell auf die Nährstoffverfügbarkeit reagiert, sollen detailliert analysiert werden. Dafür werden Meristeme, Streckungs- und Wurzelhaarzonen von Mais-Wurzelsystemen beprobt, sie sich unter variierenden Borversorungsbedingungen in verschiedenen Bodenstrukturen ausgebildet haben. Transporterexpressionsdaten von Wildtyp Maispflanzen oder Mutanten, denen entweder Wurzelhaare oder bestimmte Wasser- oder Bortransportproteine fehlen, werden in Relation zu erhobenen Nährstoffflüssen und Wurzelstrukturmerkmale gesetzt um Prozesse in der Rhizospärenorganisation aufzuklären. X-ray CT Messungen werden einen Aufschluss darüber geben, welche Auswirkungen Bormangelanpassungen auf das 3D Wurzelwachstum und auf die Bodeneigenschaften an der Boden-Wurzel Phasengrenze haben, welche von besonderer Bedeutung für Nährstoff- und Wasserflüsse sind. Zusammenfassend wird das Projekt die Rolle der Wurzelhaare, der Bodenstruktur und des gekoppelten Nährstoff-Wasserflusses, in Abhängigkeit von der Borversorung, in der Nährstoffaufnahme von Mais entschlüsseln. Des Weiteren wird das Projekt die Rolle von Nährstoff- und Wassertransportern in Rhizosphärenanpassungsreaktionen identifizieren und deren Wechselwirkungen mit den genannten die Rhizosphäre modifizierenden Einflussfaktoren aufdecken.

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