Eine holistische Beurteilung der Akkumulation und Translokation von Eisen, Zink und Selen von der Wurzel über den Spross zum Korn in Mais bei Wassermangel

Description: Eisen (Fe), Zink (Zn) und Selen (Se) sind wichtige Mineralstoffe für den Menschen. Weltweit leiden über 1,2 Milliarden Menschen an Fe, Zn und/oder Se Unterversorgung. Mais (Zea mays L.) ist global betrachtet die meistproduzierte Getreideart. Menschen, deren Hauptnahrungsquelle Mais darstellt, gehören zu denjenigen, die am stärksten von einem dieser Mineralstoffmängel bedroht sind. Zugleich wird prognostiziert, dass die durch den Klimawandel verursachte Zunahme an Trockenheitsperioden zu einem Rückgang der Erträge sowie der Mikronährstoffgehalte in Maispflanzen führen wird. Die Züchtung von Maissorten mit einer stabileren Aufnahme von Fe, Zn und Se aus dem Boden und einer effizienten Translokation dieser Nährstoffe in essbares Gewebe bei Wasserknappheit stellt eine vielversprechende Strategie dar, die humane Mais-basierte Mikronährstoffversorgung zu sichern oder sogar zu steigern. Entsprechend ist das Hauptziel dieses Projektes physiologische, molekulare und genetische Faktoren zu identifizieren und zu verstehen, die die Fe-, Zn- und Se-Akkumulation unter Wassermangel steuern und folglich zur Züchtung von Mais mit höherem Mikronährstoffgehalten beitragen. Die synergistischen Arbeitspakete kombinieren modernste Multi-Omics-Techniken aus den Bereichen Ionomik, Genomik und Transkriptomik mit high-end Röntgen-gestützter räumlicher Elementverteilungskartierung, um die räumlich-zeitliche Dynamik der Nährstoffaufnahme und -translokation in ausgewählten, agronomisch relevanten, natürlichen Maislinien sowie in Maislinien, welche in Merkmalen, die die Nährstofflogistik potentiell beeinflussen, mutiert sind, zu verstehen. Ein Fokus liegt insbesondere auf der Rolle der exo- und endodermalen Barrieren, deren Bedeutung für die Mikronährstoffaufnahme in Mais noch nicht erforscht ist. Ein weiteres Ziel ist die Charakterisierung der raumzeitlichen Expression von Transportproteinen kodierender Gene in Wurzeln, Blättern und Blütenständen in Abhängigkeit der Fe-, Zn-, Se- und Wasserversorgung in verschiedenen Maisgenotypen und deren quantitativer Beitrag zum Zellimport und -export, dem Radialtransport und der Xylem- und Phloembeladung von Fe-, Zn- und Se. Zudem wird ein Forward-Ionomik Screening einer Mais-MAGIC-Population, die unterschiedliche Wassermangel-Toleranzen aufweist, durchgeführt. Dies wird mit einer Assoziationskartierung kombiniert, um genetische Loci und zugrundeliegende Gene zu identifizieren, die die Unterschiede in der Fe-, Zn- und Se-Akkumulation in Spross und Korn unter Gewächshaus- und Freilandbedingungen steuern. Die erzielten Ergebnisse des Projektes werden zu einem besseren Verständnis der gekoppelten und individuellen Aufnahme- und Akkumulationsprozesse von Fe, Zn und Se in Mais beitragen, und damit zur Züchtung von Maislinien, die im Kontext eines sich wandelnden Klimas dennoch hohe Gehalte an, für Mensch und Tier, essentiellen Mikronährstoffen aufweisen.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Bodennährstoff ? Getreide ? Mais ? Eisen ? Mineralstoff ? Selen ? Zink ? Pflanzenproduktion ? Pflanzenernährung ? Wasserversorgung ? Wasserknappheit ? Klimawandel ? Züchtung ? Agrartechnik ? Pflanzenphysiologie ? Plant Cultivation ? Plant Physiology ?

Region: Bavaria

Bounding boxes: 11.5° .. 11.5° x 49° .. 49°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Technische Universität München (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2025-01-01 - 2025-12-25

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: A holistic assessment of combined iron, zinc and selenium accumulation and translocation from root to shoot to grain under water limitation in maize
  Description: Over 1.2 billion people worldwide suffer from deficiencies in one or more of iron (Fe), zinc (Zn) and selenium (Se). Globally, maize (Zea mays L.) has the highest total production among grains, but people relying on maize-based diets are among those most at risk of dietary deficiencies of these mineral nutrients. Meanwhile, projected increased incidences of climate-change induced water limitation are predicted to result in a reduction in both maize grain yield and micronutrient accumulation. Breeding for more resilient Fe, Zn and Se uptake and efficient translocation of these nutrients to edible tissue under water limitation represents an encouraging strategy to increase dietary micronutrient consumption. This is reliant on building a holistic overview of nutrient uptake and accumulation processes at the whole-plant level. This research programme will leverage maize genotypes mutated in genes controlling nutrient uptake and accumulation processes along with diverse germplasm originating from breeding backgrounds. This will enable identification of physiological, molecular and genetic factors controlling combined Fe, Zn and Se accumulation under water limitation, as well as lines and trait combinations suitable for entering breeding programmes aimed at increasing maize nutrient quality. Work packages will combine advanced multi-omics techniques spanning ionomics, genomics and transcriptomics, and state of the art X-ray-enabled elemental spatial distribution mapping to understand spatiotemporal nutrient uptake and translocation dynamics. One objective is to identify molecular mechanisms controlling the uptake of Fe, Zn and Se in root-uptake “hotspots”. This will particularly focus on the role of exo- and endodermal barriers, which respond to exogenous water and nutrient conditions to optimise both uptake and retention, but whose importance for micronutrient uptake in maize has not yet been explored. These findings will be complemented by characterisation of the responsiveness of root, shoot and inflorescence transporter expression to Fe, Zn, Se and water supply between diverse genotypes and their roles in cell import and export, root radial transport, and xylem and phloem loading. Finally, novel candidate genes for increased Fe, Zn and Se accumulation under water limitation will be identified. This will employ both RNA-sequencing to detect variation in transcriptional responses to exogenous water and nutrient supply, and a screen of a maize multiparent advanced generation inter-crossing (MAGIC) population segregating for tolerance to water limitation coupled with mapping of genetic loci associated with shoot and grain Fe, Zn and Se accumulation in both glasshouse and field conditions. Taken in isolation and together as a whole, the work packages of this research programme will contribute an advanced understanding of Fe, Zn and Se uptake and accumulation processes in maize for breeding for increased nutritional value in future growth scenarios. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140350

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/555456916 (Webseite)

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