Bodensalinität hat einen gravierenden Einfluss auf den Ernährungszustand und das Wachstum von Kulturpflanzen. Salzstress vermindert das Wachstum von Kulturpflanzen. Voruntersuchungen haben gezeigt, dass Salzstress bei Mais zu einer Alkalisierung des Apoplasten führt. Expansine sind apoplastische Proteine die für die Extensibilität der Zellwand und deren Wachstum verantwortlich sind. Sie haben ein saures pH-Optimum. Erste proteomanalytische Voruntersuchungen haben auch gezeigt, dass Expansine unter Salzstress vermindert werden und dass sie damit vermutlich wesentlich zur Wachstumsreduktion beitragen. Im vorliegenden Projekt soll die Regulation einzelner Expansin-Isoformen auf Transkriptebene sowie proteomanalytisch untersucht werden. Ein Expansinantikörper mit dessen Hilfe die Regulation einzelner Isoformen quantitativ in (2D-)Western-Blots sowie histologisch nachgewiesen werden kann, soll zum Einsatz kommen. Dazu sollen Kurzzeit- und Langzeit-Salzstress in verschiedenen Segmenten von Maisblättern untersucht werden. Weiterhin sollen das unterschiedliche Anpassungsvermögen mittels sensitiver und resistenter Maishybriden untersucht werden. Des Weiteren könnten Expansin-Isoformen auch durch posttranslationale Modifikationen reguliert werden. Im geplanten Projekt sollen daher Proteinphosphorylierungen an apoplastischen Proteinen untersucht werden. Optional soll im letzten Zeitraum des Antrags anhand eines revers-genetischen Ansatzes weiterhin eine Expansin-Isoform in Mais überexprimiert werden, um zu überprüfen, in wieweit diese Isoform zum verbesserten Wachstum unter Salinität beiträgt. Die Ergebnisse des Projekts werden maßgeblich zur Aufklärung des Beitrags der Expansine zur Wachstumsregulation von Mais unter Salzstress beitragen.
Die physiologischen Ursachen von Mn-Toxizität und Unterschieden in der Mn-Gewebetoleranz in Abhängigkeit vom Genotyp, Blattalter, Si-Versorgung und Form der N-Ernährung (NO3-N versus NH4-N) sind noch weitgehend ungeklärt. Vorliegende Informationen aus der Literatur und insbesondere die eigenen Vorarbeiten weisen darauf hin, daß die Wirkungen von Mn auf Redoxprozesse im Blattapoplasten entscheidend für Mn-Toxizität und Mn-Toleranz sind. Im Vordergrund des beantragten Vorhabens soll daher die Untersuchung dieses Kompartiments stehen. Bei Cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp.) soll mit Hilfe von histochemischen Methoden überprüft werden, ob ein erhöhtes Mn-Angebot zu einem vermehrten Auftreten von reaktiven Sauerstoffspezies im Zellwandbereich führt. Neben der Bestimmung der antioxidativen Substanzen Ascorbinsäure, Glutathion und a-Tocopherol (Zusammenarbeit mit der AG Noga, Universität Bonn) des Apoplasten und Cytosols, des im Cytoplasma vorliegenden regenerativen Halliwell-Asada-Zyklus (Monodehydroascorbat- und Dehydroascorbat-Reduktase bzw. Glutathion-Reduktase) soll eine Charakterisierung der im Blattapoplasten lokalisierten Enzyme Peroxidase und Superoxid-Dismutase sowie der im Apoplasten vorkommenden Phenole vorgenommen werden, deren Zusammensetzung als mitentscheidend für die physiologischen Ursachen der Mn-Gewebetoleranz angesehen wird. Aufgrund der erwarteten Parallelen zwischen Mn- und Ozon-Toxizität soll vergleichend auch die Mn- bzw. Ozon-Toleranz verschiedener Pflanzenarten in Kooperation mit der AG Langebartels (GSF, Oberschleißheim) untersucht werden. Die Freisetzung von Ethan und Ethen als Indikatoren von Membranperoxidation soll mit Hilfe der hochempfindlichen Technik der Photoakustik in Zusammenarbeit mit der AG Kühnemann (Universität Bonn) bestimmt werden. Es wird erwartet, daß das Vorhaben zur Klärung der physiologischen Ursachen von Mn-Toxizität und Mn-Toleranz beiträgt.
Wir möchten grundlegende Mechanismen der quantitativen Resistenz und Anfälligkeit gegen den Echten Gerstenmehltau aufklären. Wir werden die Daten aus unseren vorläufigen und geplanten Transkriptomanalysen nutzen, um die Funktion von Genen zu analysieren, die in Elternpflanzen und RACB-transgenen Pflanzen mit entweder erhöhter oder erniedrigter Anfälligkeit differenziell experimiert sind. Die Modifikation der Zellwand und der Zellzyklus stehen dabei bereits jetzt im Fokus unseres Interesses. Um ein tiefgehendes Verständnis der Transkriptionsmuster zu erlangen, nutzen wir Ansätze der reversen Genetik, Metabolismusstudien und Zellbiologie in unterschiedlichen Gerstengenotypen.
Einige Algenarten bilden besonders große Zellen aus: Internodialzellen von Characeen werden bis zu 10 cm lang, der Thallus siphonaler Algen (Schlauchalgen) kann 1 bis 3 m lange werden. Diese Arten eignen sich besonders gut zur Untersuchung des Ionenhaushaltes, Regulation des Ionentransportes (u.a. Nährstoffaufnahme) und damit des Turgordruckes und der Wundheilung sowie der damit verbundenen Zellwandregeneration. Die Verbreitung der Characeen in Norddeutschen Seen und ihre Eignung zur Erstellung eines Makrophytenindex für die Qualitätsbestimmung von Gewässern wird ebenfalls erfaßt.
Bormangel ist ein weltweit verbreiteter abiotischer Stress, der zu starken Ertragseinbußen bei vielen Nutzpflanzen, wie beispielsweise Mais, führt. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind nur teilweise erforscht. Der Mikronährstoff Bor wird in Form von Borsäure von der Pflanze aufgenommen und kann cis-Diole binden, was ausschlaggebend für seine Funktion ist. Theoretisch gibt es viele mögliche Bor-Bindestellen in der Pflanzenzelle, allerdings wurde bis jetzt nur gezeigt, dass Bor an Rhamnogalacturonan-II (RG-II) binden kann, und wichtiger noch, dass Bor zwei RG-II Moleküle in der Zellwand miteinander verbindet. Ob es weitere Bor-Bindestellen gibt und ob Bor außerhalb der Zellwand biologische Signifikanz hat, ist bisher ungeklärt. Um diese Fragen zu untersuchen, soll im vorgeschlagenen Projekt die Chemikalie Phenylborsäure (PBS) verwendet werden, welche strukturell ähnlich zur Borsäure ist. Ähnlich zur Borsäure versorgt PBS Pflanzenzellen mit Bor und bindet an cis-Diole. Im Unterschied zur Borsäure kann PBS aber keine Moleküle miteinander verbinden, weswegen PBS verwendet wird, um Symptome von Bormangel zu induzieren. Mit Hilfe von PBS besteht deshalb die Möglichkeit weitere Funktionen von Bor neben der Verbindungsfunktion von RG-II, sowie weitere Bor-Bindepartner zu identifizieren. Das vorgeschlagene Projekt soll die von PBS induzierten zellulären und molekularen Defekte in der Primärwurzel von Mais untersuchen und mit Defekten vergleichen, die durch Bor Defizienz induziert werden. Dabei sollen gezielt folgende Prozesse genauer untersucht werden: Zellteilung, Zellexpansion, Meristementwicklung, Ethylen Biosynthese, Auxin Transport und Signalprozesse von Cytokinin. Zusätzlich sollen im beantragten Projekt durch Screening und Proteomics-Ansätze die molekularen Angriffspunkte von PBS identifiziert werden.