Ionen Transport und abiotische Stresstoleranz

Angiosperme Pflanzen beherbergen typischerweise eine große Anzahl von Cation H⁺ Exchangers (CHXs) in ihren Genomen; bei Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) sind es 28 und bei Sojabohnen (Glycine max) 46. Die Transporter sind nicht redundant, insbesondere in vegetativen Geweben, wo der Verlust eines einzelnen CHX zu phänotypischen Defekten führen kann. Sojabohnen mit einem nicht-funktionellen GmSALT3 (=GmCHX1) sind salzempfindlich, während Pflanzen mit einem funktionellen GmSALT3 salztolerant sind, ohne dass es zu Ertragseinbußen kommt (Guan et al 2014, Qu et al 2020). CHX20 ist das engste Homolog von GmSALT3 in Arabidopsis und der Verlust von CHX20 führt zu Defekten in der Regulierung der Öffnung der Stomata-Schließzellen (Padmanaban et al. 2007). Beide Transporter sind im Endoplasmatischen Retikulum (ER) lokalisiert. Mithilfe einer Kombination aus genetisch kodierten Fluoreszenzsensoren, Physiologie und Biochemie wollen wir den Mechanismus entschlüsseln, durch den diese Endomembrantransporter zur Toleranz gegenüber abiotischem Stress und zur zellulären Osmoregulation beitragen.

In vorangegangenen Arbeiten haben wir den Kationenchlorid-Cotransporter 1 (CCC1) in Arabidopsis als fehlende Komponente des pH-regulierenden Transporterkreislaufs des TGN/EE-Lumens identifiziert (McKay et al. 2022). Pflanzen mit Verlust der CCC1-Funktion weisen schwerwiegende phänotypische Defekte auf, darunter eine stark verminderte Fruchtbarkeit und eine gestörte Infloreszenzarchitektur. Darüber hinaus zeigen die Pflanzen eine veränderte Reaktion auf durch Salz und osmotischen Schock verursachte intrazelluläre pH-Änderung. Unsere Arbeit konzentriert sich darauf, die beobachteten veränderten abiotischen Stressreaktionen und den verringerten Ertrag mit den im Endomembransystem lokalisierten Ionentransportern in Verbindung zu bringen.