Steuerung von Entwicklung und Wachstum in gartenbaulichen Kulturen

Innerhalb des großen Spektrums der für die gartenbauliche Produktion relevanten Entwicklungsprozesse konzentriert sich die Forschungsgruppe „Steuerung von Entwicklung und Wachstum in gartenbaulichen Kulturen“ auf die Adventivwurzelbildung als Grundlage der vegetativen Vermehrung vieler Zierpflanzenarten.

Die Bewurzelung von Stecklingen kann in Abhängigkeit vom Pflanzengenotyp und von der spezifischen Produktionskette, die häufig eine Stecklingslagerung und den Transport zwischen verschiedenen Klimazonen einschließt, beeinträchtigt sein. Die molekularen und physiologischen Ursachen sind nicht hinreichend geklärt. Darüber hinaus stellen Erwartungen an eine nachhaltige Jungpflanzenproduktion und der technische Fortschritt z.B. in dem Beleuchtungssektor neue Herausforderungen und Chancen dar, die Technologie der Stecklingsvermehrung zu verbessern. Vor diesem Hintergrund sollen durch Aufklärung wichtiger Funktionsbeziehungen zwischen bestimmten Genen, den Phytohormonsignalketten und dem Primärstoffwechsel neue Ansatzpunkte für ein wissenschaftlich basiertes Kultur- und Chain-Management in der gärtnerischen Jungpflanzenproduktion sowie dafür geeignete molekulare Kontrollinstrumente geschaffen werden.

Basierend auf einem in Vorarbeiten am Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) entwickelten system-orientierten Hypothesen-Modell für Petunie (Druege and Franken 2019) werden zunächst an derselben Kultur die Funktionen von Kandidatengenen durch gezielte Mutationen untersucht. Diese werden durch Agrobakterien-vermittelte Transformation mit CRISPR/Cas-basierten Konstrukten/Vektoren erzeugt, welche die Mutagenese des jeweiligen Kandidatengens einleiten. Durch Analyse des Wurzelphänotyps und weiterer detaillierter Untersuchungen der Mutante im Vergleich zum Wildtyp unter variierten Umweltbedingungen kann die Funktion des Kandidatengens im System „Mutterpflanze-Steckling-Umwelt“ identifiziert werden.

Die Arbeiten beschäftigen sich mit folgenden Themen:

- Funktion von Kandidatengenen, die für die Steuerung der Phytohormonsignalketten und Source/Sink-Beziehungen in Petunia hybrida verantwortlich sind
- Übertragbarkeit des Petunien-Modells auf weitere Kulturen (aktuell Hydrangea macrophylla)
- Molekulare Steuerung der Beziehung zwischen der Entwicklungsphase der Mutterpflanze und der Adventivwurzelbildung von Stecklingen

Die Resultate unserer Arbeiten sollen eine gezielte Justierung der endogenen Signalketten und Lenkung der Nährstoffflüsse in Stecklingen ermöglichen, wodurch Ausfälle in der Vermehrung vermieden und der Einsatz externer Ressourcen sowie von chemischen Wachstumsregulatoren reduziert werden können.