Martin Luther University Halle-Wittenberg

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LSP Project 2-4

Erhöhung der Produktivität und Stresstoleranz von Zuckerrüben durch wissensbasierte Optimierung der Manganeffizienz

Die Zuckerrübe (Beta vulgaris ssp. vulgaris) ist eine in Sachsen-Anhalt und global ökonomisch bedeutsame Nutzpflanze, die hohe Anforderungen an Nährstoff- und Wasserverfügbarkeit stellt. Hinsichtlich der Mineralstoffernährung tritt die Versorgung mit Mikronährstoffen zunehmend in den Vordergrund, wobei ein Mangel an Mangan (Mn) die in der Praxis am häufigsten anzutreffende Problematik ist. Mn ist insbesondere auf Böden mit hohem pH-Wert und guter Durchlüftung gering verfügbar. Eine Bodendüngung mit pflanzenverfügbaren Mn-Salzen (Mn2+) zur Verbesserung der Mn-Versorgung ist wenig effektiv, da diese innerhalb kurzer Zeit zu unverfügbarem MnO2 oxidieren. Mn-Blattdüngung ist nur zeitlich begrenzt wirksam, da Mn in der Pflanze weitgehend immobil ist und nicht aus älteren Blättern in Mn-defiziente junge Blätter verlagert wird. Ein weiteres Problem der Vermeidung von Mn-Mangel durch Düngungsmaßnahmen ist die Erkennung des Mangels, der häufig latent, d.h. visuell nicht erkennbar (wenngleich ertragswirksam), vorliegt. Ein Lösungsansatz dieser komplexen Problematik der Mn-Versorgung von Zuckerrüben liegt in einer verbesserten Mn-Effizienz der Pflanze, die durch die Identifizierung und Optimierung molekularer Mechanismen von Mn-Aufnahme, -Translokation und -Nutzung erreicht werden könnte.

Mit dem verfügbaren Genom der Zuckerrübe besteht einerseits die Möglichkeit einer wissensbasierten revers-genetischen Aufklärung von Mechanismen der Mn-Effizienz dieser Nutzpflanze. Andererseits sind vorwärtsgerichtete Ansätze, wie Genom-weite Assoziationsstudien (GWAS), möglich, um neue Mechanismen zu identifizieren und züchterisch zu verwerten. Dieses Projekt verfolgt eine Kombination beider Ansätze. Aus Studien an Arabidopsis können eine Reihe von Kandiatengenen der Mn-Effizienz abgeleitet werden (z.B. NRAMP1, 3; MTP10, 11). Anhand öffentlicher und proprietärer Sequenzdatenbanken der Industriepartner werden mögliche Orthologe zu diesen Genen in Zuckerrübe gesucht. Selektierte Kandidatengene werden mittels in situ-PCR hinsichtlich ihres Gewebe- und Zelltyp-spezifischen Expressionsmusters untersucht, da dieses maßgeblich für die Genfunktion im Organismus ist. Der Einfluss differenzierter Mn-Versorgung auf Wachstum, Morphologie und Elementkonzentrationen von Spross und Wurzel sowie auf Photosyntheseparameter (Kooperation AG Humbeck, MLU) wird in einem hydroponischen System und in Rhizoboxen untersucht. Basierend auf der Expertise der Arbeitsgruppe in Transformation und Gewebekultur soll mit Unterstützung der Industriepartner ein effizientes Protokoll zur Transformation von Zuckerrüben etabliert werden. Ein genetisch diverses Panel von ca. 300 genotypisierten Testkreuzungen der Industriepartner wird mittels ICP-OES auf Elementkonzentrationen und mittels Schnelltester (NN-easy55; NutriNostica) auf Mn-spezifische Chlorophyllfluoreszenz-Kinetik analysiert. Hierzu werden die Pflanzen bei unterschiedlichen absoluten Mn-Konzentrationen und bei unterschiedlicher Mn-Verfügbarkeit kultiviert. Die Klonierung und Charakterisierung der für die Phänotypen kausalen Gene wird im letzten Projektjahr begonnen und in Folgeprojekten unter Fortsetzung der initiierten Kooperationen fortgesetzt.

Mitarbeiter/-innen

Prof. Dr. Edgar Peiter, Projektleiter

Tel: 0345 55 22420

Dr. Santiago Alejandro Martinez

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