GRK 1798: Signalprozesse an der Schnittstelle von Pflanzen und Böden
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Boden ist ein hochkomplexer Signalraum, in dem Pflanzenwurzeln mit symbiontischen und pathogenen Mikroorganismen ("biotische Signale") und mit der wechselnden Verfügbarkeit von Nährstoffen ("abiotische Signale") konfrontiert sind. Gleichzeitig beeinflussen Interaktionen im Boden die Physiologie der Pflanze und hängen auch von ihr ab, so z.B. von der Photosynthese zur Energieversorgung. Im interdisziplinären GRK 1798 "Signaling at the Plant-Soil Interface" wurden als zentrale Forschungsidee die Signalprozesse an der Schnittstelle von Pflanzenwurzeln und Böden in 29 Dissertations- und 2 Postdoc-Projekten bearbeitet. Unser Forschungskonzept beruhte hierbei auf der engen Verzahnung von Expertisen in Pflanzengenetik, Pflanzengenomik, Pflanzenbiotechnologie, Pflanzenernährung, Gartenbauwissenschaften, Mikrobiologie und Bodenkunde. Generell konnten wir durch die interdisziplinäre Bearbeitung unserer zentralen Forschungsidee neue Erkenntnisse insbesondere zu der Frage gewinnen, wie biotische und abiotische Signale des Bodenraums in Pflanzenwurzeln verarbeitet werden und in welcher Beziehung die dortige Signalwahrnehmung zur Physiologie der Pflanze steht. Ein Schwerpunkt unserer Forschung war die arbuskuläre Mykorrhiza (AM)-Symbiose zwischen Wurzeln und Pilzen, die vor allem zur verbesserten Versorgung der Pflanze mit Phosphat führt. Hier wurden von uns neue Regulatoren der pilzlichen Wurzelbesiedlung identifiziert und erste Erkenntnisse zur beobachteten Steigerung der Photosyntheseleistung in der AM erzielt. Diese Ergebnisse wurden verbunden mit der Aufklärung von Mechanismen des Kohlenstoff-Nährstoffhandels in AM-Symbiosen und den Konsequenzen für eine Kohlenstofffestlegung in Böden. Der Nährstoff Phosphat spielte auch eine Rolle für die Identifizierung molekularer Mechanismen des Phosphatmangel-induzierten Wurzelhaarwachstums. Von besonderer Relevanz für die Schnittstelle von Wurzeln und Böden ist neben der Interaktion mit pilzlichen Symbionten die Wechselwirkung mit pflanzenwuchsfördernden Bodenbakterien. Hier konnten neben dem verbesserten Verständnis des Energiestoffwechsels und der Biochemie stickstoff-fixierender Knöllchen Einblicke in die Bedeutung der Proteintranslokation über Membranen für die Reifung von organischen Molekülen gefunden werden, die wichtig für die Versorgung von Pflanzen mit Eisen sind. Neben den Pflanzenwuchs fördernden bzw. endosymbiontischen Mikroorganismen sind Pflanzen im Boden auch mit Pathogenen konfrontiert. Hier konnten sowohl neue Erkenntnissen zur Pathogenese des Kartoffelkrebses als auch Einflüsse des Bodenraums auf die Abwehr von Blattpathogenen identifiziert werden. Im Boden selbst gibt es für den Pflanzenbau bisher unverstandene Schadprozesse, z.B. die Nachbaukrankheit bei Äpfeln. In hierzu durchgeführten Arbeiten konnten erstmals konkrete Hinweise auf die Bedeutung von abiotischen Signalstoffen gefunden werden. Im Qualifizierungsprogramm haben die Betreuerteams in Kooperation mit Angeboten der Graduiertenschule GRANAT Wert auf eine Anleitung zu eigenständiger Publikationstätigkeit gelegt, um die internationale Sichtbarkeit unserer Forschungsergebnisse sicherzustellen und den Kollegiatinnen und Kollegiaten eine Perspektive in der Wissenschaft zu eröffnen. Neben der Vermittlung experimenteller Fertigkeiten in Kompaktkursen bildete die Ausbildung in Präsentations- und Schreibtechniken einen Schwerpunkt. Darüber hinaus wurden vom GRK 1798 jeweils vier Symposien und Promovierendenkonferenzen organisiert. Um künftigen Anforderungen an unsere Absolventen jenseits einer wissenschaftlichen Karriere Rechnung zu tragen, haben wir Angebote der zentralen Graduiertenakademie der Leibniz Universität Hannover sowie von GRANAT, der Graduiertenschule der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Leibniz Universität Hannover, in unser Qualifizierungsprogramm integriert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Depletion of the "gamma-type carbonic anhydrase-like" subunits of complex I affects central mitochondrial metabolism in Arabidopsis thaliana. Biochim Biophys Acta 1857: 60-71 (2016)
Fromm S, Göing J, Lorenz C, Peterhänsel C, Braun HP
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2015.10.006) - PvdN enzyme catalyzes a periplasmic pyoverdine modification. J Biol Chem 291: 23929-23938 (2016)
Ringel MT, Dräger G, Brüser T
(Siehe online unter https://doi.org/10.1074/jbc.m116.755611) - Regulation der Photosynthese in Solanum lycopersicum durch die symbiotische Interaktion mit dem arbuskulären Mykorrhizapilz Rhizophagus irregularis (2016)
Göing, Jennifer
(Siehe online unter https://doi.org/10.15488/8684) - A draft genome sequence of the rose black spot fungus Diplocarpon rosae reveals a high degree of genome duplication. PLoS ONE 12: e0185310 (2017)
Neu E, Featherston J, Rees J, Debener T
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0185310) - Efficient generation of mutations mediated by CRISPR/Cas9 in the hairy root transformation system of Brassica carinata. PLoS ONE 12: e0185429 (2017)
Kirchner TW, Niehaus M, Debener T, Schenk MK, Herde M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0185429) - Enzymology of the periplasmic pyoverdine maturation (2017)
Ringel, Michael T
(Siehe online unter https://doi.org/10.15488/3407) - Impaired defense reactions in apple replant disease-affected roots of Malus domestica 'M26'. Tree Physiol 37: 1672-1685 (2017)
Weiß S, Liu B, Reckwell D, Beerhues L, Winkelmann T
(Siehe online unter https://doi.org/10.1093/treephys/tpx108) - Molecular mechanisms of the phosphate deficiencyinduced root hair growth in Brassica carinata (2017)
Kirchner, Thomas Wolfgang
(Siehe online unter https://doi.org/10.15488/9006) - Regulation of plant carbon transport mechanisms during arbuscular mycorrhizal symbiosis (2017)
Wegener, Stefanie
(Siehe online unter https://doi.org/10.15488/9092) - The periplasmic transaminase PtaA of Pseudomonas fluorescens converts the glutamic acid residue at the pyoverdine fluorophore to αketoglutaric acid. J Biol Chem 292: 18660-18671 (2017)
Ringel MT, Dräger G, Brüser T
(Siehe online unter https://doi.org/10.1074/jbc.m117.812545) - The proteome of higher plant mitochondria. Mitochondrion 33: 22-37 (2017)
Rao RS, Salvato F, Thal B, Eubel H, Thelen JJ, Møller IM
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.mito.2016.07.002) - Towards the analysis of mitochondrial physiology in nitrogen-fixing root nodules (2017)
Thal, Beate
(Siehe online unter https://doi.org/10.15488/9079) - Transcriptome profiling in leaves representing aboveground parts of apple replant disease affected Malus domestica 'M26' plants. Sci Hortic 222: 111-125 (2017)
Weiß S, Winkelmann T
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.scienta.2017.05.012) - Transcriptomic analyis of molecular responses in Malus domestica 'M26' plants affected by apple replant disease (2017)
Weiß, Stefan
(Siehe online unter https://doi.org/10.15488/9094) - Transcriptomic analysis of molecular responses in Malus domestica 'M26' roots affected by apple replant disease. Plant Mol Biol 94: 303-318 (2017)
Weiß S, Bartsch M, Winkelmann T
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11103-017-0608-6) - A high-quality genome sequence of Rosa chinensis to elucidate ornamental traits. Nat Plants 4: 473-484 (2018)
Hibrand Saint-Oyant L, Ruttink T, Hamama L, Kirov I, Lakhwani D, Zhou NN, Bourke PM, Daccord N, Leus L, Schulz D, Van de Geest H, Hesselink T, Van Laere K, Debray K, Balzergue S, Thouroude T, Chastellier A, Jeauffre J, Voisine L, Gaillard S, Borm TJA, Arens P, Voorrips RE, Maliepaard C, Neu E, Linde M, Le Paslier MC, Bérard A, Bounon R, Clotault J, Choisne N, Quesneville H, Kawamura K, Aubourg S, Sakr S, Smulders MJM, Schijlen E, Bucher E, Debener T, De Riek J, Foucher F
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/s41477-018-0166-1) - Functional analysis of arbuscular mycorrhiza-related GRAS transcription factor genes of Medicago truncatula (2018)
Hartmann, Rico M
(Siehe online unter https://doi.org/10.15488/3579) - Functional analysis of arbuscular mycorrhiza-related membrane transporter and defensin genes of Medicago truncatula (2018)
Uhe, Marian
(Siehe online unter https://doi.org/10.15488/3580) - Genomic and transcriptomic analysis of the interaction of roses with the black spot fungus Diplocarpon rosae (2018)
Neu (geb. Klein), Enzo
(Siehe online unter https://doi.org/10.15488/3706) - Molecular background of Pi deficiency-induced root hair growth in Brassica carinata - a fasciclin-like arabinogalactan protein is involved. Front Plant Sci 9: 1372 (2018)
Kirchner TW, Niehaus M, Rössig KL, Lauterbach T, Herde M, Küster H, Schenk MK
(Siehe online unter https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01372) - Proteomic analysis dissects the impact of nodulation and biological nitrogen fixation on Vicia faba root nodule physiology. Plant Mol Biol 97: 233-251 (2018)
Thal B, Braun HP, Eubel H
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11103-018-0736-7) - PvdO is required for the oxidation of dihydropyoverdine as last step of fluorophore formation in Pseudomonas fluorescens. J Biol Chem 293: 2330-2341 (2018)
Ringel MT, Dräger G, Brüser T
(Siehe online unter https://doi.org/10.1074/jbc.ra117.000121) - Regulation of phosphate and sugar transporters during the mycorrhizal symbiosis in response to phosphate availability and accessibility (2018)
Kittelmann (geb. Schneider), Cornelia
(Siehe online unter https://doi.org/10.15488/9123) - Sample preparation for analysis of the plant mitochondrial membrane proteome. Meth Mol Biol 1696: 163-183 (2018)
Schikowsky C, Thal B, Braun HP, Eubel H
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/978-1-4939-7411-5_11) - The mycorrhiza-dependent defensin MtDefMd1 of Medicago truncatula acts during the late restructuring stages of arbuscule-containing cells. PLoS ONE 13: e0191841 (2018)
Uhe M, Hogekamp C, Hartmann RM, Hohnjec N, Küster H
(Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0191841) - Apple replant disease: causes and mitigation strategies. Curr Issues Mol Biol 30: 89-106 (2019)
Winkelmann T, Smalla K, Amelung W, Baab G, Grunewaldt-Stöcker G, Kanfra X, Meyhöfer R, Reim S, Schmitz M, Vetterlein D, Wrede A, Zühlke S, Grunewaldt J, Weiß S, Schloter M
(Siehe online unter https://doi.org/10.21775/cimb.030.089)
