Pflanzenstressreaktionen in fünf verschiedenen Arten

• Antragsteller: Professor Dr. Silvio Waschina
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenphysiologie ; Bioinformatik und Theoretische Biologie ; Organismische Interaktionen, chemische Ökologie und Mikrobiome pflanzlicher Systeme
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 515385982

Pflanzen reagieren auf biotische und abiotische Stressfaktoren mit komplexen Veränderungen des Stoffwechsels und der Genexpression. Neuere Forschungsergebnisse zeigen, dass die Untersuchung einzelner Stressreaktionen nicht ausreicht, um das Zusammenspiel verschiedener Stressoren, wie z.B. Hitze und Pathogene, zu erklären. Die molekularen Mechanismen, die diesen kombinierten Stressreaktionen zugrunde liegen, sind oft unklar, insbesondere bei Pflanzen, die keine typischen Modellorganismen in der Pflanzenphysiologie sind. Im Z1 Projekt wird ein zentrales Experiment durchführt, um die Reaktion der fünf Pflanzenarten der PlantsCoChallenge Forschungsgruppe (Cakile maritima, Chenopodium quinoa, Hordeum vulgare, Stuckenia pectinata, Zostera marina) auf kombinierte Stressbehandlungen zu untersuchen. In diesem zentralen Experiment werden die Pflanzen einzelnen und gleichzeitigen Stressoren ausgesetzt. Diese Stressoren sind Hitze und Elicitor-Exposition, um Reaktionen auf biotischen Stress auszulösen. Unser Ansatz kombiniert QuantSeq 5'-Transkriptomik zur Messung der Genexpression und nicht-zielgerichtete ("untargeted") Metabolomik zur Erstellung von Stoffwechselprofilen kombiniert. Das Ergebnis ist der voraussichtlich umfangreichste Multi-Omics-Datensatz von Transkriptions- und Stoffwechselantworten verschiedener Pflanzen auf einzelnen und kombinierten Stress. Die Integration der beiden Omics-Datenebenen erfolgt durch eine systembiologische Analyse auf der Basis metabolischer Netzwerke. Dabei werden identifizierte Metabolite aus den Metabolomdaten und Gene aus den Transkriptomdaten Stoffwechselwegen zugeordnet, an denen die Metabolite und Gene beteiligt sind. Die Integration der Daten ermöglicht somit die Aufdeckung und den Vergleich von Stoffwechselprozessen bei der Reaktion von Pflanzen auf kombinierten Stress. Unser Hauptziel ist es, eine umfassende Datenbank mit Genexpressionsdaten, Metabolitprofilen und relevanten Stoffwechselwegen aufzubauenDie Datenbank wird eine zentrale Ressource für die gesamte PlantsCoChallenge Forschungsgruppe sein, um die kollektiven Auswirkungen verschiedener Stressoren auf Pflanzenarten zu untersuchen, indem die verschiedenen Teilprojekte (SPs) ihre Ergebnisse mit dem Referenzdatensatz aus dem Z1-Projekt in Beziehung setzen können. Ebenso werden wir die Ergebnisse der Teilprojekte nutzen, um unsere Ergebnisse weiter zu interpretieren und die Stoffwechselmodelle zu erweitern. Das Z1-Projekt wird eng mit dem Z2-Projekt zusammenarbeiten, um die physiologischen Stressreaktionen unter Berücksichtigung der Pflanze-Mikrobiom-Interaktionen zu verstehen. Darüber hinaus interagiert das Z1-Projekt eng mit allen Teilprojekten durch Unterstützung bei der Metabolom- und Transkriptom-Phänotypisierung. Insbesondere werden im Rahmen des Z1-Projekts standardisierte Protokolle entwickelt, die alle Aspekte der Multi-Omics Charakterisierung von Pflanzenmaterial, von der Probenvorbereitung bis zur Datenanalyse, abdecken.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5640: Physiologische und Evolutionäre Anpassung von Pflanzen an Zusammenwirkende Abiotische und Biotische Faktoren
• Mitverantwortliche: Professorin Dr. Karin Schwarz; Professor Dr. Remco Stam