Projektbeschreibung
Die Rolle von Phytosiderophoren bei der Optimierung von Nutzpflanzen
Für die Steigerung von Ernteerträgen und die Optimierung des Mikronährstoffgehalts von Getreide ist es von zentraler Bedeutung zu ermitteln, wie Pflanzen auf einen Mangel an Mikronährstoffen reagieren und welche biogeochemischen Prozesse die Rhizosphäre beeinflussen. Die Versorgung mit Eisen ist bei Grasarten durch die Abgabe und Aufnahme von Phytosiderophoren geregelt. Bei Eisen-, Zink- oder Kupfermangel bilden die Pflanzen diese organischen Substanzen, um Eisen zu mobilisieren. Jedoch ist noch nicht abschließend geklärt, welche Rolle Phytosiderophoren im Falle eines Mangels an Spurenmetallen genau zukommt und wie die Wechselwirkungen zwischen Pflanzenverhalten und den Prozessen in der Rhizosphäre im Einzelnen aussehen. Das Forschungsteam des EU-finanzierten Projekts PhytoTrace möchte herausfinden, welche Mechanismen die Wirkung von Phytosiderophoren steuern. Dazu untersucht es, wie die Aufnahme von Mikronährstoffen bei Gerste abläuft. Im Rahmen des Projektes werden innovative, bodenbasierte und herkömmliche, hydroponische Methoden für die Beprobung von Wurzelexsudat mit hochmodernen molekularen Verfahren für die Pflanzenanalyse kombiniert, um die Funktionsweise von Phytosiderophoren unter variierten experimentellen Bedingungen zu erforschen.
Ziel
Understanding how plants respond to micronutrient deficiency and which biogeochemical processes are induced at the root-soil interface, i.e. the rhizosphere, is crucial to improve crop yield and micronutrient grain content for high quality food and feed. Iron nutrition by grass species relies on the release and re-uptake of phytosiderophores, which are root exudates that form stable complexes with Fe but also other trace metals such as Zn and Cu. However, neither the importance of phytosiderophores under Zn and Cu deficient conditions nor the interplay of plant responses and rhizosphere processes are well understood as the majority of studies in the past was carried out under ‘soil-free’ hydroponic conditions. In this project, I aim to elucidate the mechanisms controlling phytosiderophore-mediated micronutrient acquisition of barley (Hordeum vulgare) under Zn, Cu, and as reference, Fe deficient conditions, with particular emphasis on soil environments. Barley is the fifth most produced crop worldwide and of great importance in regions that are characterized by harsh living conditions. In a holistic approach, my team and I will apply innovative soil-based and traditional hydroponic root exudation sampling approaches in combination with advanced plant molecular techniques to study the phytosiderophore release and uptake system under different experimental conditions. The chemical synthesis of otherwise commercially unavailable phytosiderophores in their natural and 13C-labelled form will allow us to trace their decomposition and metal solubilizing efficiency in the plant-microbe-soil system to uncover the interplay of plant genetic responses and rhizosphere processes affecting the time-window of PS-mediated MN acquisition. Moving beyond ‘soil-free’ experimental designs of the past, this project will generate key knowledge to improve selection of crops with highly efficient micronutrient acquisition traits to alleviate micronutrient malnutrition of people world-wide.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
1180 Wien
Österreich