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    Lehrstuhl für Botanik I - Pflanzenphysiologie und Biophysik

    Die Ernährung von Pflanzen auf versalzten Böden

    Pflanzen nehmen Nährsalze über die Wurzel auf und laden sie in die Xylem Gefäße für den Transport in den Sproß. Obwohl bereits Anionentransport-Systeme in Pflanzen identifiziert werden konnten, liegt der molekulare Mechanismus, wie die Pflanze eine ausgewogene Balance zwischen der Nitrat- und Chlorid-Aufnahme findet, noch im Dunkeln.

    Unter Salzstressbedingungen müssen Pflanzen die Aufnahme von Chlorid aus dem Boden minimieren aber gleichzeitig für eine ausreichende Versorgung mit Nitrat als N-Ressource sicherstellen. Xylemparenchymzellen sind für die Beladung der abgestorbenen Xylemgefäße mit Nährsalzen verantwortlich. In diesen Zellen haben wir zwei Anionenkanäle (SLAH1 und SLAH3) der SLAC/SLAH-Familie gefunden, die dort co-lokalisieren. Interessanterweise wiesen SLAH1 Verlustmutanten eine starke Reduktion der Chloridkonzentration in den Xylemgefäßen auf. Durch funktionelle Expressionsstudien in Xenopus Oozyten und Transkriptanalysen konnten wir zeigen, dass durch eine Salzstress-abhängige Expression die Heteromerisierung von SLAH1 und SLAH3 Untereinheiten beeinflusst wird. SLAH1/SLAH3 Heteromere sind permeabel für beide Anionen, Nitrat und Chlorid, während SLAH3 Homomere hauptsächlich Nitrat transportieren. Das Expressionsniveau von SLAH1 kontrolliert den Chloridstrom zum Spross der Pflanze ohne die Nitrataufnahme zu beeinflussen. So können Pflanzen das Verhältnis zwischen Chlorid und Nitrataufnahme steuern, um z.B. auf versalzten Böden eine toxische Chloridkonzentration im Spross zu verhindern. Das prädestiniert SLAH1 als ein vielversprechendes Gen, dessen Manipulation zur Züchtung von landwirtschaftlich nutzbaren Salz-toleranten Pflanzen beitragen kann.

    Neben SLAH1 und SLAH3, exprimiert ein dritter Anionenkanal (SLAH2) im Zentralzylinder der Wurzel. Unsere funktionellen Untersuchungen in Xenopus Oozyten charakterisierten SLAH2 als einen Nitrat-spezifischen Kanal, der selbst auf versalzten Böden, die Beladung der Pflanze mit der lebenswichtigen N-Ressource Nitrat aufrechterhalten kann.

    Unsere gegenwärtigen Untersuchungen fokussieren sich auf die Regulation dieses Anionentransportmoduls, das die Leitgefäße der Pflanze mit Anionen versorgt. Wir kombinieren hochauflösende Mikroskopie mit anspruchsvollen biophysikalischen und elektrophysiologischen Herangehensweisen, um die Kontrolle der SLAH-typ Anionenkanäle unter Salzstress-Bedingungen zu verstehen.

    Modell der Chloridvermeidung
    Abb. 1. Modell der Chloridvermeidung auf versalzten Böden. (Grafik: D. Geiger, Universität Würzburg 2017)
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    Lehrstuhl für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik - Botanik I
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