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    Lehrstuhl für Botanik I - Pflanzenphysiologie und Biophysik

    Projekte

    Das Wachstum und die Vitalität von Pflanzen sind eng an den Wasser- und Nährstoffgehalt, die Lichtverhältnisse sowie der CO2-Versorgung gekoppelt. Bei Wassermangel oder Dunkelheit werden die Stomata geschlossen, um den Wasserverlust zu minimieren. Im Licht oder bei unzureichender CO2-Versorgung öffnen diese, um Kohlenstoff in Form von CO2 für das Wachstum aufzunehmen. Über die Spaltöffnungsweite balanciert die Pflanze folglich den Wasserverlust und die CO2-Aufnahme aus. Die Stomaweite wird dabei über turgorgetriebene Volumenänderungen der Schließzellen reguliert. Dafür sind Membranproteine (Pumpen, Ionenkanäle) zuständig, welche einen dynamischen Ionentransport über die Plasmamembran und Vakuolenmembran vermitteln. Dies erfordert eine koordinierte Aktivitätskontrolle der beteiligten Transportproteine. Für das Verständnis der Stomabewegung und damit letzt-endlich für das Pflanzenwachstum sind daher Kenntnisse über die Natur der beteiligten Transporter, deren Funktion/Regulation/Koordination sowie Einbindung in das Signalnetzwerk essentiell.

    Koordination der Ionenflüsse innerhalb der Spaltöffnungsapparate von Gräsern

    Bei Gräsern bilden die stomabildenden Schließzellen eine funktionelle Einheit mit den direkt angrenzenden Nebenzellen. So wird die Stomabewegung bei Gräsern von einem gerichteten Ionentransport zwischen den Schließzellen und den direkt angrenzenden Nebenzellen begleitet. Da diese beiden Zelltypen nicht symplasmatisch verbunden sind, müssen die Ionen durch  die Plasmamembran von Nebenzelle und Schließzelle in entgegengesetzter Richtung transportiert werden. Infolgedessen muss die Regulation der Ionenkanalaktivitäten in den beiden Zelltypen unterschiedlich verlaufen. Ziel ist es nun, tiefere Einblicke in diese Regulationsmechanismen innerhalb der Spaltöffnungsapparate von ökonomisch bedeutsamen Gräsern wie Mais, Gerste zu erzielen. Dies soll das Verständnis vertiefen, wie Getreide-pflanzen ihr Wachstum und einen unnötigen Wasserverlust bei Trockenheit über die Stomaweite kontrollieren.

    Regulation von vakuolären Ionenkanälen

    Die Vakuole stellt das größte Kompartiment innerhalb ausdifferenzierter Pflanzenzellen dar und übernimmt vielfältige zelluläre Funktionen wie u.a. Akkumulation von Reserve- und Nährstoffe, Ionenhomöostase oder Anpassung des Zellturgors. So werden bei Trockenheit Ionen von den Schließzellen an den Apoplasten zur Reduktion der Zellturgors und damit der Stomaweite entlassen. Dabei strömen Ionen aus den Vakuolen ins Cytosol und werden dann über die Plasmamembran in den Extrazellulärraum transportiert. Es ist allerdings immer noch wenig über die Regulation der vakuolären Ionenkanalaktivitäten und deren Abstimmung/Vernetzung mit den Ionenkanalaktivitäten der Plasmamembran bekannt. Ziel der gegenwärtigen Studien ist es nun, tiefere Einblicke in die Rolle der vakuolären Ionenkanäle bei der Weiterleitung des Trockenstress-induzierten Lipidsignals - dem Trockenstresshormon Abscisinsäure (ABA) - zu gewinnen. Wir wollen dabei die Natur der relevanten vakuolären Transporter identifizieren, deren Regulation innerhalb des ABA-Signalweges studieren und darüber zunehmend verstehen, welche Bedeutung diese Transporter für das Pflanzenwachstum bei Trockenheit haben. Dieses Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit PD Dr. Rob Roelfsema durchgeführt.

    Methoden

    Schematische Darstellung der Arbeitsgebiete.
    Schematische Darstellung der Arbeitsgebiete. (Grafik: I. Marten, 2017)

    Die Projekte werden mit elektrophysiologischen und spektroskopischen Verfahren (Patch-Clamp-, Zwei-Elektroden-Spannungsklemmentechnik, Ca/pH-Fluoreszenzmessungen) an isolierten Einzelzellen/Kompartimenten und im intakten Gewebe gegebenenfalls in Kombination mit molekularbiologischen Methoden bearbeitet.

     

     

    Kontakt
    Universität Würzburg
    Lehrstuhl für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik - Botanik I
    Julius-von-Sachs-Platz 2
    97082 Würzburg

    Tel. +49 931 31-86101
    Fax. +49 931 31-86857

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