Kartoffel-Endophyten-Interaktion und die Reaktion auf Stress (POTEND Stress)

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Manuela Nagel
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie ; Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 500661197

Die Kartoffel ist die am meisten konsumierte getreidefreie Nahrungspflanze. Um auch in Zukunft eine stabile Kartoffelproduktion zu gewährleisten, werden Sorten mit verbesserter Hitze- und Trockentoleranz benötigt. Pflanzenassoziierte Mikroben besiedeln fast alle Pflanzengewebe und mildern die negativen Auswirkungen von Umweltstress ab. Die Kryokonservierung wird häufig eingesetzt, um die genetische Vielfalt der Kartoffel für Züchtungszwecke zu erhalten. Bei diesem Verfahren werden in vitro Kartoffelpflanzen abiotischen Stressfaktoren wie Verwundung, Austrocknung und Kältestress ausgesetzt und können als Modellsystem für die Untersuchung der Auswirkungen komplexer Stressfaktoren auf die Endophyten und die Wachstumseigenschaften von in vitro Pflanzen betrachtet werden. Unsere Hypothese lautet dabei: Stressige Bedingungen, wie sie bei der Kryokonservierung auftreten, stimulieren mutualistische und parasitäre Endophyten, die spezifische Gene exprimieren und das Pflanzenwachstum fördern oder einschränken.Die vorgeschlagene Studie zielt darauf ab, die spezifische Pflanzen-Endophyten-Beziehung für Mikroben zu analysieren, die das Wachstum von Kartoffelpflanzen nach komplexen abiotischen Stressbedingungen (Kryokonservierung) fördern oder einschränken, und die hormonelle Reaktion während des abiotischen und biotischen Stresses zu ermitteln. Die Ziele des Projekts sind (Objective 1) der Nachweis von mutualistischen und parasitären Mikroorganismen in einer Sammlung von 2 017 kryokonservierten Kartoffellinien. Hierzu werden 384 kontrastierende Kartoffellinien ausgewählt und eine Mikrobiomanalyse durchgeführt. (Objective 2) Um zu zeigen, dass bestimmte endophytische Bakterien und/oder Pilze für den Erfolg/Misserfolg der Regeneration von Triebspitzen nach der Kryokonservierung verantwortlich sind, werden unterschiedliche Stämme isoliert, kultiviert, charakterisiert und sequenziert und Kartoffellinien beimpft. Um herauszufinden, wie die Pflanzen die gegensätzlichen biotischen (Endophyten) und abiotischen (Kryokonservierung) Stressfaktoren ausgleichen, werden Phytohormone analysiert; (Objective 3) sowie das Transkriptom/Metabolom der bakteriellen Endophyten und Pflanzen nach der Kryokonservierung untersucht. (Objective 4) Um herauszufinden, ob die endophytische Gemeinschaft die Pflanzenorgane unterschiedlich besiedelt, werden die Unterschiede während der In-vitro-Vermehrung und nach der Kryokonservierung mit Hilfe von Echtzeit-qPCR und FISH analysiert.Das vorgeschlagene Projekt versucht, die Umstellung der endophytischen Lebensweise von Mutualismus auf Parasitismus zu verstehen, indem sowohl die Pflanze als auch die Mikroorganismen bei abiotischem Stress untersucht werden. Dr. Manuela Nagel vom IPK Gatersleben (Deutschland) wird das Projekt gemeinsam mit Dr. Dominik Grosskinsky vom AIT Austrian Institute of Technology leiten. Im Projekt werden ein Doktorand und ein Postdoc hauptsächlich in die Projektdurchführung involviert sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartner: Dominik Grosskinsky, Ph.D.