Die Rolle des Kaliumtransports in Reis für eine nachhaltige Ertragssicherung

Description: Getreide im Allgemeinen und Reis im Besonderen sind die Hauptnahrungsquelle einer stetig wachsende Weltbevölkerung. Viele dieser Kulturen werden auf intensiv genutzten Feldern angebaut, denen regelmäßig Bodennährstoffe durch Düngung zugefügt werden müssen. Aufgrund der hohen Kosten und des Energiebedarfs, ist es notwendig zukünftig den Einsatz von Düngemittel zu beschränken und eine nachhaltigere Form der Landwirtschaft zu etablieren. Kulturpflanzen, die Nährstoffe effizienter als die derzeit verfügbaren Linien nutzen, können dazu beitragen, diese Ziele zu erreichen. Kalium (K+) ist der wichtigste kationische Nährstoff und sein Transport wurde intensiv an der Modellpflanze Arabidopsis untersucht. Über die Transportproteine, welche die K+ -Flüsse in Getreide bewirken, ist jedoch wenig bekannt. Unsere vorherige Studie hat wichtige Unterschiede in der Gewebelokalisierung und den Aktivierungsmechanismen von K+ -Effluxkanälen zwischen Reispflanzen und Arabidopsis gezeigt. Im vorgeschlagenen Projekt konzentrieren wir uns auf K+ -Effluxkanäle des Shaker-Typs und der HAK/KUP K+-Transporterfamilie, die den Kaliumtransport in Reispflanzen von der Wurzel zum Spross und innerhalb der Stoma-Komplexe der Blätter ermöglichen. Wir werden die Zelltypen identifizieren, welche die ausgewählten K+-Transportproteine exprimieren und Reispflanzen erzeugen, denen funktionelle Versionen dieser Proteine fehlen. Diese transgenen Linien werden bezüglich des Wachstums, Wasserverbrauchs und der Ertragsausbeute mit Wildtyp-Reispflanzen unter Gewächshaus- und Freilandbedingungen verglichen. Darüber hinaus werden wir die K+ -Effluxkanäle und -Transporter von Reis in Arabidopsis-Schließzellen und Xenopus-Oozyten exprimieren, um ihre biophysikalischen Eigenschaften wie Ionenselektivität und spannungsabhängige Aktivierung zu charakterisieren. Im Zentrum unserer Aufmerksamkeit steht die Rolle der ausgewählten K+-Kanäle und -Transporter im Xylem und bei der Stoma-Bewegung. Wir werden fluoreszenzmarkierte K+-Kanäle und Transporter verwenden, um zu untersuchen, ob die Transportproteine eine polare subzelluläre Lokalisation aufweisen. Zudem wird die Funktion dieser Transporter mit Einzelzellentechniken untersucht, bei denen ionenselektive Elektroden zum Einsatz kommen. Unsere Studie soll Einblicke zur spezifischen Rolle der K+ -Effluxkanälen und -Transportern auf zellulärer Ebene gewinnen und deren Bedeutung für das Wachstums der Reispflanzen unter Freilandbedingungen aufklären. Dieses Wissen wird für die Züchtung von Reissorten, die mit einem geringeren Bedarf an K+ -Dünger, bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines guten Nährstoffgehaltes, von großer Bedeutung sein. Nutzpflanzen mit solchen optimierten Eigenschaften werden wichtig sein, um eine nachhaltige Landwirtschaft und unseren zukünftigen Nahrungsmittelbedarf sicherzustellen.

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Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Reis ? Bodennährstoff ? Getreide ? Kalium ? Nährstoffgehalt ? Lack ? Biophysik ? Düngemittel ? Kulturpflanze ? Nährstoff ? Nutzpflanze ? Pflanzenproduktion ? Wasserverbrauch ? Düngung ? Energiebedarf ? Pflanzenernährung ? Studie ? REACH ? Nachhaltige Landwirtschaft ? Weltbevölkerung ? Landwirtschaft ? Züchtung ? Agrartechnik ? Nahrungsbedarf ? Biochemie der Pflanzen ? Biophysik der Pflanzen ? Pflanzenphysiologie ? Plant Biochemistry ? 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

• Agence Nationale de la Recherche , The French National Research Agency (Mitwirkung)
• Julius-Maximilians-Universität Würzburg (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2020-01-01 - 2025-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Role of potassium transport in rice in securing high crop yields
  Description: Cereals in general, and rice in particular, are the major source of nutrition for a growing world population. Many of these crops are grown at intensively utilized fields, in which soil nutrients need to be constantly resupplied by fertilization. Because of the high costs and energy demand, there is a need to reduce the use of fertilizers and adapt to a more sustainable form of agriculture. Crop plants that use nutrients more efficiently than the currently available lines, can help to reach these future goals. Potassium (K+) is the most important cationic nutrient and its transport has been studied intensively for the model plant Arabidopsis., but little is known about the transport proteins that channel K+ fluxes in the cereals. Our previous study has revealed important differences in tissue localization and activation mechanisms of K+ efflux channels, between rice plants and Arabidopsis. In the proposed project we will focus on Shaker type K+ efflux channels and HAK/KUP K+ efflux transporters, which enable transport of K+ from the root to the shoot of rice plants and within the stomatal complexes in the leaves. We will pinpoint the cell types in which the selected K+ transport proteins are expressed and generate rice plants that lack functional versions of these proteins. These transgenic lines will be compared with wild type rice plants, for their ability to grow, consume water and produce crop yield, at green house and field conditions. Moreover, we will use Arabidopsis guard cells and Xenopus oocytes to express the rice K+ efflux channels and transporters and characterize their biophysical properties, like ion selectivity and voltage-dependent activation. The specific roles of the selected K+ channels and transporters in xylem function and stomatal movements will be at the centre of our attention. We will introduce fluorescence-tagged versions of the K+ channels and transporters to study if the transport proteins show a polarized subcellular localization. The specific roles of these transporters will be further uncovered with single cell techniques, in which ion selective electrodes are applied. Our studies will provide insights into the functions of specific K+ efflux channels and transporters at the cellular level, as well as their importance for growth of rice plants at field conditions. It is likely that this knowledge will be valuable for breeding rice plants with a lower demand for K+ fertilizers, while maintaining a good nutritional quality of the grains. Such traits will be of prime importance for sustainable agriculture and future food security. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1140409

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/445975641 (Webseite)

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Aktiv

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