IPK-Forscher entdecken hormonelles Regulationsmodul zur Verlängerung von Wurzeln

Auf leichten Stickstoffmangel reagieren Pflanzen mit einer
Verlängerung ihrer Seitenwurzeln. Forscher des haben jetzt ein
hormonelles Regulationsmodul entdeckt, das die molekularen
Prozesse dieser Anpassungsreaktion vermittelt. Eine zentrale
Rolle darin spielen Brassinosteroide und Auxine. Grafik: IPK

Die landwirtschaftliche Pflanzenproduktion muss künftig mit weniger Stickstoffdüngung auskommen. Ziel muss deshalb sein, die Stickstoff-Nutzungseffizienz zu erhöhen, damit das Ertragsniveau stabil gehalten werden kann. Auf leichten Stickstoffmangel reagieren Pflanzen mit einer Verlängerung ihrer Seitenwurzeln. So kann mehr Stickstoff als zuvor aufgenommen werden. Forscher des IPK Leibniz-Institut haben jetzt ein hormonelles Regulationsmodul entdeckt, das die molekularen Prozesse dieser Anpassungsreaktion vermittelt. Eine zentrale Rolle darin spielen Brassinosteroide und Auxine. Die Ergebnisse wurden im Magazin „Nature Communications“ veröffentlicht.

Für Pflanzen ist es überlebenswichtig, dass sie ihre Wurzelstruktur an Veränderungen im Boden anpassen können. Tritt ein moderater Stickstoffmangel auf, verlängern viele Pflanzen ihre Seitenwurzeln. Für die Wurzelbildung spielt das Hormon Auxin eine wichtige Rolle. Bei normaler Verfügbarkeit von Stickstoff wird genug Auxin vom Spross in die Wurzeln transportiert, damit diese wachsen. „Liegt aber ein leichter Mangel an Stickstoff vor, reicht das für eine Anpassung nicht aus, daher wird die lokale Biosynthese von Auxin in der Wurzelspitze deutlich erhöht“, erklärt Prof. Dr. Nicolaus von Wirén, Leiter der Abteilung Physiologie und Zellbiologie am IPK Leibniz-Institut.

Doch es geht nicht nur um Auxin, auch Brassinosteroide haben in diesem Prozess eine wichtige Funktion. Sie werden bei leichtem Stickstoffmangel verstärkt synthetisiert und als wachstumsförderndes Signal weitergeleitet. „Dieses Signal wiederum ist notwendig, um die beiden Gene TAA1 und YUCCA8 in den Wurzeln zu induzieren“, erläutert Dr. Zhongtao Jia, Erstautor der Studie. „Somit wird die Bildung von Auxin gesteuert und entsprechend des jeweiligen Stickstoffbedarfes reguliert. Letztlich wird so das Längenwachstum der Seitenwurzeln gesteigert.“

„Wir haben in unserer Untersuchung also ein hormonelles Regulationsmodul entdeckt. Neu ist, dass wir die beteiligten Hormone hierarchisch ordnen können, Brassinosteroide in diesem Prozess also Auxin vorgeschaltet sind“, sagt Prof. Dr. Nicolaus von Wirén. Doch nicht nur das: Die IPK-Wissenschaftler fanden bei ihrer Forschung an der Modellpflanze Arabidopsis im YUCCA-Gen auch allelische Variationen. „Diese hängen damit zusammen, dass einige natürliche Akzessionen (Linien bestimmter geographischer Herkunft) bei leichtem Stickstoffmangel eine stärkere Verlängerung der Seitenwurzeln zeigen als andere.“

Die nächste Herausforderung besteht nun darin, diese Erkenntnisse für die weitere Anpassung der Kulturpflanzen zu nutzen – etwa über Entwicklung genetischer Marker oder über Gen-Editierung mithilfe der Genschere CRISPR/Cas. „Wir erwarten auch bei den Gersten- oder Weizen-Akzessionen in unserer Genbank derartige Unterschiede zwischen einzelnen Linien zu finden“, sagt Prof. Dr. Nicolaus von Wirén. Zudem wollen die IPK-Forscher den Fragen nachgehen, wie Pflanzen ihren Stickstoff-Ernährungszustand überhaupt messen können und welche Faktoren in dem Prozess der Wurzelverlängerung noch vor den Brassinosteroiden eine Rolle spielen könnten.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Nicolaus von Wirén
Tel.: +49 39482 5602
vonwiren@ipk-gatersleben.de

Originalpublikation:

Jia, Giehl & von Wirén (2021) Local auxin biosynthesis acts downstream of brassinosteroids to trigger root foraging for nitrogen.
Nature Communication.
DOI: 10.1038/s41467-021-25250-x

https://www.ipk-gatersleben.de/fileadmin/content-presse/Pressemitteilungen/2021_PM_11_Wurzel_dt..pdf

Media Contact

Christian Schafmeister Presse und Öffentlichkeitsarbeit
Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung

All latest news from the category: Biowissenschaften Chemie

Der innovations-report bietet im Bereich der "Life Sciences" Berichte und Artikel über Anwendungen und wissenschaftliche Erkenntnisse der modernen Biologie, der Chemie und der Humanmedizin.

Unter anderem finden Sie Wissenswertes aus den Teilbereichen: Bakteriologie, Biochemie, Bionik, Bioinformatik, Biophysik, Biotechnologie, Genetik, Geobotanik, Humanbiologie, Meeresbiologie, Mikrobiologie, Molekularbiologie, Zellbiologie, Zoologie, Bioanorganische Chemie, Mikrochemie und Umweltchemie.

Back to home

Kommentare (0)

Schreiben Sie einen Kommentar

Newest articles

Optische 3D-Messtechnik am 10. und 11. November 2021

Seminar mit Praktikum… Der Fraunhofer Geschäftsbereich Vision setzt die Seminarreihe zur optischen 3D-Messtechnik fort und veranstaltet am Mittwoch und Donnerstag, 10. und 11. November 2021 das Seminar mit Praktikum »Optische…

„Weniger als nichts“ – Teilchen mit negativer Masse entdeckt

Physiker der Universität Regensburg publizieren Ergebnisse in der international renommierten Fachzeitschrift „Nature Communications“. Eine große internationale Forschungskooperation unter der Leitung von Dr. Kai-Qiang Lin und Professor Dr. John Lupton vom…

Wie resistente Keime Gift auf molekularer Ebene transportieren

Um der zunehmenden Bedrohung durch multiresistente Keime zu begegnen, ist das Verständnis der Resistenzmechanismen zentral. Eine wichtige Rolle dabei spielen Transportproteine. Ein deutsch-britisches Forschungsteam unter Leitung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU)…

Partner & Förderer