Apfel (Malus domestica) ist einer der wichtigsten angebauten Früchte weltweit. In Baumschulen werden Pflanzen häufig neu gepflanzt (2-3 Jahre), was zu einer verminderten Ernteproduktivität führt, die auch als Apfelnachbaukrankheit (ARD) bezeichnet wird. ARD kann definiert werden als "eine schädlich, gestörte physiologische und morphologische Reaktion von Apfelpflanzen auf Böden, die aufgrund früherer Apfelkulturen Veränderungen in ihrem (Mikro-) Biom ausgesetzt waren". Früher wurden Bodenbegasungsmittel zur Bekämpfung von ARD verwendet. Bei diesen Mitteln sind Anwendungsschwierigkeiten, hohe Kosten und Gefahren für die Umwelt und die menschliche Gesundheit als problematisch anzusehen. Daher wäre die Züchtung und/oder Selektion weniger empfindlicher Genotypen eine nachhaltigere Lösung für ARD. Die Entwicklung von ARD-assoziierten Markern beruht jedoch auf einem besseren Verständnis der molekularen Reaktionen in planta, um die Ätiologie der Krankheit zu entschlüsseln. Kürzlich wurde gezeigt, dass Phytoalexinbiosynthesegene nach sieben Tagen Kultur auf ARD-Boden im Vergleich zu desinfiziertem ARD-Boden stark hochreguliert sind. Es zeigte sich, dass sich die Phytoalexine im Wurzelsystem in sehr hohen Konzentrationen anhäufen, was zu einer möglichen Phytotoxizität führt. ABC-Transporter, die an der Translokation und Exsudation von Phytoalexinen beteiligt sind, zeigten keine Regulation, was zu der Annahme führte, dass Phytoalexine unter ARD-Bedingungen nicht in den Boden ausgeschieden werden und sich daher in sehr hohen Konzentrationen in den Wurzeln anreichern. Zusätzlich kann der vakuoläre Transport behindert werden, was zu einer fehlenden Entgiftung der akkumulierten Substanzen führt. Ein möglicher Grund für die möglicherweise eingeschränkte Exsudation von Phytoalexinen oder von Sequestrierung in Vakuolen über ABC-Transporter könnte die Entstehung toxischer Zyanidkonzentrationen in ARD-betroffenen Pflanzen sein, was zu weniger ATP-Verfügbarkeit für ABC-Transporter führt. Ziel des Projektes ist es, die Rolle von ARD-induzierten Phytoalexinen bei ARD und molekulare Reaktionen in ARD-betroffenen Pflanzen aufzuklären. Der Fokus wird darauf liegen, ihre Rolle bei ARD unter Berücksichtigung weiterer interagierender Gene/Proteine abzuleiten. Die Toxizität und Lokalisation der Verbindungen werden ebenso analysiert wie Entgiftungsmechanismen, z.B. Transport aus dem Zytoplasma. Darüber hinaus werden weitere toxische Nebenprodukte im Cyanidstoffwechsel sowie die Energieversorgung näher untersucht, um einen detaillierten Überblick über die molekularen Mechanismen bei ARD zu erhalten. Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, Mikroskopie, Genexpressionsstudien und metabolische Analysen werden eingesetzt, um dieses Ziel zu erreichen. Vergleiche zwischen einem sensitiven und einem weniger sensitiven Genotyp sollen Erkenntnisse für die frühe Vorhersage von ARD-Schweregraden in Böden liefern und dabei helfen ARD-tolerante Apfelpflanzen auszuwählen.
Unsere Landwirtschaft muss eine wachsende Weltbevölkerung mit zunehmend weniger Fläche ernähren. Dies ist umso schwieriger, als die Qualität einiger unserer besten Böden bedroht ist. Hierbei ist u.a. der Salzgehalt der Böden ein großes Problem. Aufgrund des Klimawandels leiden fruchtbare Gebiete unter einem Anstieg des Bodensalzgehaltes und erschweren so derzeitige Anbaupraktiken. Daher müssen neue Produktionspraktiken, einschließlich der Verwendung neuartiger robuster Pflanzensorten und/oder der Behandlung von Pflanzen mit natürlichen Mitteln, erforscht und in die Praxis umgesetzt werden.Für die Resistenz von Pflanzen gegen abiotische Belastungen wie Salzgehalt ist das Wurzelsystem von entscheidender Bedeutung. Wurzeln sind die primären Organe, die ihre Architektur und Physiologie an Trockenheit und Salzstress anpassen. Sie nehmen daher eine Schlüsselrolle für die Fähigkeit der gesamten Pflanze, Nährstoffe und Wasser zu rekrutieren ein. Wir haben jedoch nur begrenzte Kenntnisse darüber, wie die Wurzel funktioniert und sie die Widerstandsfähigkeit der Pflanze gegen abiotischen Stress kontrolliert.In den letzten Jahren haben die ROOT-Partner damit begonnen, die Rolle und Bedeutung der Wurzelarchitektur, Stress-QTLs und die Interaktion von Wurzeln mit Mykorrhiza zu erforschen. Neuartige Entwicklungen bei Biostimulanzien zeigen, dass es möglich ist, die Funktion der Wurzel und damit die Salztoleranz zu beeinflussen. Allerdings ist das Wissen über die Mechanismen, durch die Biostimulanzien wirken, sehr begrenzt.Das Ziel von ROOT ist daher erstens, grundlegendes Wissen über die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von Wurzelsystemen gegenüber Salzstress zu liefern. Wir werden uns auf die Tomate konzentrieren, weil sie eine wichtige Feldfrucht in den von der Versalzung bedrohten europäischen Gebieten ist, und wir auf hervorragende Ressourcen zurückgreifen können.Schlüsselaspekte von ROOT sind daher:- Kontrolle der Tomatenwurzelarchitektur durch Identifizierung von Schlüsselregulationsgenen in Tomaten.- Identifizieren von QTLs und Markern, die für adaptive Wurzelarchitekturen und Resilienz gegenüber Salzstress in Tomaten prädiktiv sind.- Verstehen der Mechanismen, durch den Biostimulanzien unter Salzstressbedingungen zur Widerstandsfähigkeit der Tomate beitragenZweitens wird ROOT praktisches Wissen über Strategien zur Stärkung der Stresstoleranz von Tomaten liefern und diese Laborerkenntnisse in Feldversuche übertragen. So wird ROOT zur Entwicklung von Anbausysteme für Tomaten in Gebieten mit drohender Versalzung beitragen. Die Biostimulanzien, mit denen wir in ROOT arbeiten, werden kurzfristig zur Widerstandsfähigkeit von Tomaten beitragen und den Landwirten neue Möglichkeiten eröffnen, in Gebieten zu arbeiten, die bereits von zunehmenden Salzgehalten bedroht sind. Die QTLs und Marker für die Anpassungsfähigkeit der Wurzeln an Salzstress, die in ROOT entdeckt wurden, werden auf längere Sicht zu widerstandsfähigeren Tomatensorten beitragen.