Arbeitsgruppe Dr. Fröschel (jetzt Bot II, Uni Würzburg)

Die Endodermis ist eine Zellschicht der Wurzel, die das innere Gefäßsystem vom äußeren Kortex trennt. Obwohl als dünne, einlagige Zellschicht ausgeprägt, ist sie von zentraler Bedeutung. Hydrophobe Zellwandverstärkungen, wie der Casparische Streifen (CS) oder Suberin-Ablagerungen, dichten den endodermalen, extrazellulären Raum ab und blockieren die freie Diffusion. Dies ermöglicht eine selektive Aufnahme von Wasser und Nährstoffen über die Plasmamembran und kontrolliert den bidirektionalen Fluss zum Gefäßsystem. Bisher wenig beschrieben ist die Funktion der um die Endodermis-Zellen gelagerten Strukturen als Schutzschild gegen mikrobielle Invasion. Das ist wichtig, um Mikroben von den Xylem-Gefäßen fern zu halten, von wo aus sie sich leicht mit dem Wasserstrom systemisch ausbreiten können. An der hoch spezialisierten und morphologisch gut definierten Endodermis gehen wir der Frage nach, wie der Aufbau der Barrieren reguliert und an verschiedene Stresssituationen angepasst wird. Wir entschlüsseln Multikomponenten-Netzwerke, die die Endodermis-spezifische Genexpression steuern und unterscheiden dabei transkriptionelle (z.B. Charakterisierung zelltypspezifischer Transkriptions-faktoren) und post-transkriptionelle (z.B. zelltypspezifische Anpassung der Translation) Kontrollmechanismen. Zu wissen, wie die endodermalen Charakteristika zustande kommen, wird neue Möglichkeiten zur Züchtung widerstandsfähigerer Pflanzen bieten.

Literatur: Fröschel et al., Cell Host and Microbe 2021

Mitarbeiter: Christian Fröschel

Die Rhizosphäre beherbergt eine hochkomplexe, mikrobielle Gemeinschaft, die in engem Kontakt mit Pflanzenwurzeln steht. Dennoch sind kaum Mechanismen bekannt, mit denen Wurzeln Mikroorganismen abwehren. Neues Wissen über Wurzel-Mikroben-Interaktionen ist nötig, um Strategien in der Landwirtschaft zu entwickeln und Ernteverluste zu reduzieren. Wir verwenden Pilze der Gattung Verticillium als Modellorganismus, um die Interaktion der Wurzel mit bodenbürtigen Mikroben zu untersuchen. Diese Pilze zeichnen sich durch eine ungewöhnliche Besiedlungsstrategie der Wirtspflanze aus: nachdem Hyphen die Wurzeln erreicht haben, dringen sie über die konzentrischen Zellschichten bis zum Zentralzylinder vor. Dort angekommen, breitet sich der Pilz über das Wasser-Leitsystem bis in den oberirdischen Teil der Pflanze aus. Die befallene Wirtspflanze ist in ihrem Wachstum eingeschränkt und zeigt eine verfrühte Seneszenz oder Welke. Wir haben mehrere Infektionssysteme entwickelt und verwenden Arabidopsis, Raps sowie Tomate als Modell-Pflanzen für die Untersuchung, wie sich die Pilze in ihrer Wirtspflanze von den Wurzeln bis in den Spross ausbreiten. Dabei erforschen wir zum einen, wie sich die Pflanze gegen den Pilz wehrt und zum anderen, wie der Pilz mit Hilfe von Effektoren das pflanzliche Immunsystem manipulieren kann.

Literatur: Fröschel, Plant Methods 2021

Mitarbeiter: Christian Fröschel, Alexander Marsell