Regulation von CRFs im N-Signalweg im Pflanze

Stickstoff (N) ist der wichtigste mineralische Nährstoff für Pflanzen, da er ein Grundbestandteil vieler verschiedener Moleküle ist, die für das Funktionieren von Pflanzenzellen und -organen erforderlich sind. Wie viel Stickstoff im Boden verfügbar ist und in welcher chemischen Form, ist ein entscheidender Faktor dafür, wie gut Pflanzen wachsen können. Deshalb setzen Landwirte auf eine stickstoffreiche Düngung, wenn sie den Ertrag ihrer Pflanzen steigern wollen. Die Pflanzen können den zugeführten Stickstoff-Dünger jedoch nicht sehr effizient nutzen, und eine höhere Stickstoff-Versorgung steigert die Produktivität nur bedingt. Stattdessen wird überschüssiger Stickstoff oft aus den Böden ausgewaschen und verschmutzt die Umwelt. Dies ist ein großes Problem, und um es zu lösen, müssen wir im Detail verstehen, wie Pflanzen auf Veränderungen in der Stickstoff-Versorgung reagieren. Pflanzen nehmen Stickstoff in zwei Hauptformen aus dem Boden auf: Nitrat und Ammonium. In den meisten Umgebungen bevorzugen die Pflanzen Stickstoff in Form von Nitrat. Interessanterweise ist Nitrat nicht nur ein Nährstoff, sondern koordiniert in seiner Rolle als Signalmolekül auch wichtige Prozesse innerhalb der Pflanze. Zusammen mit den beiden wichtigen Pflanzenhormonen Auxin und Cytokinin und anderen regulatorischen Netzwerken in Pflanzenzellen und -geweben beeinflusst Nitrat, wie Zellen wachsen und sich differenzieren, wie Wurzeln und Sprossen gebildet werden und wie Samen produziert werden. All dies trägt dazu bei, dass sich Pflanzen kontinuierlich an Veränderungen in ihrer Umwelt anpassen können. Mein Schwerpunkt liegt auf einer Gruppe von pflanzenspezifischen Proteinen, den so genannten Cytokinin Response Factors (CRFs). Wir wissen, dass verschiedene CRFs an der Organentwicklung beteiligt sind, die durch die Pflanzenhormone Auxin und Cytokinin gesteuert wird, sowie auch an den Anpassungsreaktionen auf die Umwelt. Anhand der Labor-Modellpflanze Arabidopsis thaliana hat unsere Gruppe beobachtet, dass CRFs eine wichtige Rolle bei der Anpassung von Pflanzen an Veränderungen in der Stickstoff-Quelle spielen. Wir wissen jedoch noch nicht, wie diese Regulatoren Stickstoff und hormonelle Signale integrieren. Um dies aufzuklären, werde ich Ansätze aus der Zellbiologie, der Genetik, der Proteomik und der Pflanzenphysiologie kombinieren und die neuesten Instrumente für die Mikroskopie lebender Pflanzen sowie zur Identifizierung und Quantifizierung von Proteinen einsetzen. Die Verringerung der Umweltverschmutzung durch übermäßige Stickstoffdüngung ist eine Sache. Wenn wir aber weltweit eine ausreichende und nährstoffreiche Nahrungsmittelproduktion sicherstellen wollen, müssen wir auch die effiziente Nutzung von Stickstoff durch Pflanzen in immer raueren Umgebungen optimieren, was dann zu produktiveren Pflanzen führt. Ein besseres Verständnis der CRF- Aktivität kann neues Licht auf einige der beteiligten Schlüsselprozesse werfen.