Regulation und physiologische Integration von Salzstresssignalwegen und deren Anpassung in Arabidopsis

• Antragsteller: Professor Dr. Jörg Kudla
• Fachliche Zuordnung: Zell- und Entwicklungsbiologie der Pflanzen ; Pflanzenphysiologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410758888

Salzstress in Form von erhöhten Na+-Konzentrationen im Boden stellt einen wesentlichen abiotischen Stress dar, der das Wachstum und den Ernteertrag von Pflanzen beeinträchtigt. Pflanzen haben ausgeklügelte Mechanismen entwickelt, um Salzstress wahrzunehmen und sich dem anzupassen. Ein zentraler Bestandteil der Wahrnehmung von Salzstress und der Aktivierung entsprechender Anpassungsreaktionen ist der sogenannte SOS-Signalweg. Es wird angenommen, dass der Ca2+-Sensor SOS3/CBL4 zelluläre Salzstress-induzierte Ca2+-Signale entschlüsselt und daraufhin die Kinase SOS2/CIPK24 durch direkte Interaktion aktiviert. Anschließend aktiviert dieser Ca2+-Sensor-Kinase-Komplex den H+/Na+ Antiporter SOS1, der Na+ aus der Zelle herausbefördert. Das Auftreten von Ca2+ Signalen und die adaptive Regulierung der pH-Homöostase durch AHA-PM ATPase-vermittelte H+-Ströme bei Na+-Stress ist nachweislich dokumentiert. Es ist jedoch noch unklar, wie diese H+-pumpen reguliert werden und wie sie mit dem SOS-Signalweg verknüpft sind. Darüber hinaus muss der beschriebene Kern-Signalweg für Salztoleranz auch eng mit allen anderen pflanzlichen regulatorischen Kreisläufen und Signalnetzwerken verknüpft sein. Die einzelnen Elemente dieses Netzwerks sind jedoch noch weitgehend unbekannt. In den Vorarbeiten haben beide Antragsteller eine enorme Komplexität der durch Salzstress hervorgerufenen Ca2+-Signalmuster bemerkt, alternative Interaktionen zwischen SOS2/CIPK24 und bestimmten Ca2+ -Sensoren als regulatorische Schalter in Salzantworten identifiziert, mehrfache Phosphorylierung von SOS2/CIPK24 als möglichen Integrationsmechanismus für den SOS-Signalweg aufgedeckt und direkte regulatorische Interaktionen zwischen CBLs/CIPKs und der H+-pumpe AHA2 nachgewiesen. Basierend auf unseren vorläufigen Daten soll das beantragte Projekt folgende Punkte adressieren:1. Die Analyse von Salz-induzierten Ca2+-Signalen vom zellulären hin zum organismischen Level und die Charakterisierung ihrer Funktion und Verknüpfung mit anderen Signalsystemen.2. Die Regulierung der Kinase SOS2 durch Protein-Protein Interaktionen und Transphosphorylierung sowie ihre Einbindung in andere Signalprozesse. 3. Die Identifizierung und Charakterisierung von neuen Komponenten, die zur pflanzlichen Salztoleranz beitragen, indem sie Einfluss auf den SOS-Signalweg nehmen.4. Die Erforschung von Komponenten, die Ca2+ -Signalverarbeitung und die Steuerung von AHA H+-ATPase Aktivität für die H+-/pH-Homöostase in der pflanzlichen Salztoleranz miteinander verknüpfen. Indem wir unsere revers-genetischen Ressourcen, neu-generierten Reporterlinien und komplementären Expertisen vereinen und durch die Kombination von zellbiologischen Methoden und molekularen in vivo Phänotypanalysen wollen wir kritische Komponenten identifizieren und fundamentale molekulare Mechanismen charakterisieren, die die Vernetzung von Salzstressantworten und pflanzlicher Entwicklung, sowie pflanzlicher Homöostase vermitteln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Yan Guo