Genetische und molekulare Grundlagen der systemischen Modulation der Architektur des Wurzelsystems von Mais (Zea mays L.) und des Mikrobioms der Rhizosphäre durch die Seminalwurzeln zur besseren Anpassung an Trockenheit

Description: Die Architektur des Wurzelsystems von Mais hat sich während der Domestizierung und Verbesserung durch eine Kombination aus landwirtschaftlicher Selektion und Umweltanpassungen rund um den Globus erheblich verändert. Das Mikrobiom, das die Rhizosphäre um die Pflanzenwurzeln herum besiedelt, spielt eine wichtige Rolle bei der Förderung der Stresstoleranz von Pflanzen. In der ersten Förderperiode dieses Projekts haben wir nachgewiesen, dass die Anzahl der Seminalwurzeln während der Domestizierung von Mais zugenommen hat, gefolgt von einem Rückgang bei lokal angepassten Sorten in Regionen mit begrenzter Wasserverfügbarkeit. Umwelt-, genetische und genomische Analysen ergaben frühere Signaturen der Domestizierung und Anpassung von Maiswurzeln und zeigten das genetische Potenzial zur Verbesserung der Trockentoleranz künftiger Nutzpflanzen auf. In der zweiten Förderperiode verfolgen wir zwei übergeordnete Ziele. Erstens soll ein tieferes Verständnis der genetischen und molekularen Grundlagen der systemischen Modulation der Wurzelmorphologie und -anatomie durch Seminalwurzeln gewonnen werden, um eine bessere Anpassung an die begrenzte Wasserverfügbarkeit zu erreichen. Zu diesem Zweck werden wir die komplexe Pflanzenreaktion auf Trockenstress und die mit diesen Merkmalen assoziierten Gene identifizieren, die an der Architektur des Wurzelsystems als Reaktion auf Trockenheit beteiligt sind. Zweitens wollen wir die genetische Rolle des Wirts bei der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft des von den Wurzelmerkmalen abhängigen nützlichen Mikrobioms der Rhizosphäre verstehen, um die Widerstandsfähigkeit von Mais gegen Trockenheit zu verbessern. In diesem Zusammenhang werden wir systematisch untersuchen, wie sich die genetische Variation des Wirts und die Genregulation auf die Zusammensetzung des Mikrobioms der Rhizosphäre und auf die Produktivität von Mais und die Widerstandsfähigkeit gegen Trockenheit auswirkt. Schließlich werden wir repräsentative Schlüsselgene und Schlüsselmikroben durch reverse Genetik und synthetische mikrobielle Gemeinschaften funktionell validieren. Diese Ergebnisse werden den Weg für eine verbesserte Pflanzenzüchtung und die Nutzung mikrobieller Ressourcen ebnen, um die künftige Nahrungsmittelproduktion und eine effiziente Ressourcennutzung in der Landwirtschaft zu sichern.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Mais ? Trockenheitsresistenz ? Phytopathologie ? Mikrobielle Ressourcen ? Nahrungsproduktion ? Nutzpflanze ? Rhizosphäre ? Wasserstress ? Pflanzenwurzel ? Wasserverfügbarkeit ? Architektur ? Pflanzenzüchtung ? Pflanze ? Landwirtschaft ? Ressourceneffizienz ? Stress ?

Region: Nordrhein-Westfalen

Bounding boxes: 6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn (Projektverantwortung)
• Technische Universität München (Mitwirkung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2020-01-01 - 2025-11-30

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Genetic and molecular basis of the systemic modulation of maize (Zea mays L.) root system architecture and the rhizosphere microbiome by seminal roots to better adapt to drought
  Description: Maize root system architecture underwent substantial alterations during domestication and improvement by a combination of farmer selection and environmental adaptations around the globe. The microbiome that colonizes the rhizosphere surrounding plant roots plays an important role in promoting crop stress tolerance. In the first funding period of this project we demonstrated that seminal root number has increased during maize domestication followed by a decrease in locally adapted varieties in regions of limited water availability. Environmental, genetic and genomic analyses revealed past signatures of domestication and adaptation of maize roots and highlighted the genetic potential to improve drought tolerance in future crops. In the second funding period, we have two overall objectives. First, to gain a deeper understanding of the genetic and molecular basis of the systemic modulation of root morphology and anatomy by seminal roots to better adapt to limited water availability. To this end, will decompose the complex plant response and effect trait association underlying genes involved in root system architecture in response to drought. Second, to understand the host genetic role in determining the microbial community composition of the root trait-driven beneficial microbiome of the rhizosphere to enhance drought resilience in maize. In this context, we will systematically explore how host genetic variation and gene regulation affects the assemblage of the rhizosphere microbiome and enhances maize productivity and drought resilience. Finally, we will functionally validate representative key genes and keystone microbes via reverse genetics and synthetic microbial communities. These results will pave the way for improved crop breeding and the application of microbial resources to secure future food production and efficient resource usage in agriculture. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140383

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/439906817 (Webseite)

Status

Aktiv

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