Abstract Deutsch

Eine der wichtigsten Funktionen der Pflanzenzellen ist die Fähigkeit auf Änderungen ihrer Umwelt zu reagieren. Das Verständnis von Zusammenhängen zwischen Initialantworten und den nachfolgenden Reaktionen, die eine erfolgreiche Anpassung an Umweltschwankungen erzeugen, ist eine der Herausforderungen der Pflanzenphysiologieforschung. Die häufigsten Untersuchungen wurden bislang auf Transkriptionsebene durchgeführt. Neben Transkriptom-analysen ermöglichen neuere Technologien wie die der Massenspektrometrie, umfangreiche Metabolom- und Proteom-studien. Bisherige Untersuchungen konzentrierten sich auf unterschiedliche Formen des abiotischen Stresses wie Temperatur, Trockenheit oder Salz mittels verschiedenster Pflanzen und Technologien. Alle diese Daten haben das Verständnis zur Komplexität der pflanzlichen Antwort, abhängig von Intensität und Dauer der Störung des physiologischen Gleichgewichts, verbessert. Trotzdem ist ein Vergleich und eine Verbindung wegen der Diversität der Daten sowie der experimentellen Bedingungen schwierig oder sogar unmöglich. Daher werden in Zukunft die Kombination verschiedener Technologien und die Vereinheitlichung von Anzucht-bedingungen nötig sein, um ein besseres Verständnis der komplexen Reaktionen des pflanzlichen Systems zu erhalten.

Leguminosen (Hülsenfrüchte) liefern die Hauptquelle pflanzlichen Proteins zur Ernährung von Mensch und Tier. Sie sind wegen ihrer Fähigkeit zur atmosphärischen Stickstofffixierung über die Symbiose mit Erdrhizobien wichtig für eine nachhaltige Landwirtschaft. Diese Bakterien kolonisieren die Wurzeln der Leguminosen über die Bildung spezialisierter Organe, die Knöllchen. Ein vermuteter wechselseitiger regulatorischer Mechanismus zwischen Pflanze und Bakteroid zur erhöhten Stresstoleranz ist bis heute unklar. Stress verursachte, unvorhersehbare Schwankungen von Ertrag und damit Gewinn sind die Haupthemmnisse für eine nachhaltige Leguminosenproduktion in Europa. Im beantragten Projekt sollen vergleichende systembiologische Technologien eingesetzt werden. Ziel ist es ein  verbessertes Verständnis der Reaktionen von Leguminosen auf Hauptstressfaktoren, als Grundvoraussetzung forschungs-basierter Züchtung für eine nachhaltige und erhöhte Profitabilität, zu erlangen. Dabei sollen neue Metabolom- und Proteom- Schlüsselmechanismen über bioinformatorische Auswertungsverfahren als regulatorische Marker für eine verbesserte Stresstoleranz identifiziert werden.

Abstract englisch

One of the most crucial functions of plant cells is their ability to respond to alterations in their environment. Understanding the connections between initial responses and the downstream events that constitute successful adjustment to its fluctuating environment is one of the challenges of plant biology research. Investigations on transcript level are the most common studies so far. Besides transcript analyses, new technologies based on mass spectrometry allow for the comprehensive study on metabolite and protein level. Past studies have focussed on different stresses such as temperature, drought or salt using various plants and technologies. All these data have improved the understanding on the complexity of the plant response depending on the intensity and duration of homeostatic perturbation. However, due to the diversity of the research data and experimental conditions a comparison and integration is difficult or even impossible. Thus to gain better insights and to be able to visualise the complexity of the plant respond, integrative analyses combining different technologies and standardised cultivation conditions are becoming necessary.

Legumes are major sources of vegetable protein and indispensable for sustainable agriculture due to their ability to fix atmospheric nitrogen via their symbiosis with soil rhizobia. These bacteria colonize legume roots in specialized organs called nodules. However, a full understanding of the interactive regulatory mechanisms between plant and bacteroids towards increased stress tolerance is not accomplished so far. To contribute to a deeper understanding of responses of legumes to major constraints, the proposed project aims at employing comparative systems biology. Supported by bioinformatic modelling strategies, novel metabolic and proteomic key mechanisms that may serve as regulatory targets for improving stress-tolerance in legumes will be identify.