Project

Discipline

exodermis; strigolactone; vacuole; membrane transport; auxin conjugates; hypodermal passage cell

Lead
Strigolactone wurden ursprünglich als Keimungsstimulantien von parasitischen Pflanzen entdeckt. Viele Jahre später hat man gesehen, dass diese Substanzen wichtige Funktionen für die Pflanze ausüben. Einerseits verursacht das Ausscheiden von Strigolactonen, dass sich die Hyphen von mykorrhizierenden Pilzen sich verzweigen, eine Grundvoraussetzung für eine effiziente Symbiose. Anderseits wurde beobachtet, dass Strigolactone auch aktiv die Verzweigung des Sprosses hemmen können und somit zusammen mit Auxinen eine zentrale Rolle bei der Entwicklung des Sprosses einnehmen. Das Hauptanliegen des vorliegenden Projekts ist aufzuklären, wie Strigolactone vom Ort ihrer Synthese, der Wurzelspitze einerseits zu den hypodermal passage cells (HPCs), die die Strigolactone in den Boden ausscheiden, und in den Spross transportiert werden. Zusätzlich möchten wir mehr über die HPCs erfahren, da sie für die Mykorrhizierung und möglicherweise auch für die Pflanzenernährung von zentraler Bedeutung sind.
Lay summary
Strigolactone wurden ursprünglich als Keimungsstimulantien von parasitischen Pflanzen entdeckt. Viele Jahre später hat man gesehen, dass diese Substanzen wichtige Funktionen für die Pflanze ausüben. Einerseits verursacht das Ausscheiden von Strigolactonen, dass sich die Hyphen von mykorrhizierenden Pilzen sich verzweigen, eine Grundvoraussetzung für eine effiziente Symbiose. Anderseits wurde beobachtet, dass Strigolactone auch aktiv die Verzweigung des Sprosses hemmen können und somit zusammen mit Auxinen eine zentrale Rolle bei der Entwicklung des Sprosses einnehmen. Das Hauptanliegen des vorliegenden Projekts ist aufzuklären, wie Strigolactone vom Ort ihrer Synthese, der Wurzelspitze einerseits zu den hypodermal passage cells (HPCs), die die Strigolactone in den Boden ausscheiden, und in den Spross transportiert werden. Zusätzlich möchten wir mehr  über die HPCs erfahren, da sie für die Mykorrhizierung und möglicherweise auch für die Pflanzenernährung von zentraler Bedeutung sind. Wir haben kürzlich einen Strigolactontransporter gefunden. Im vorliegenden Projekt werden wir diesen mit einem fluoreszierenden Marker versehen und mittels konfokaler Mikroskopie auf gewebe-und zellulärer  Ebene lokalisieren. Um die Interaktion mit Auxin zu beobachten, werden wir parallel auch die Auxintransporter lokalisieren. Zusätzlich sind Transportversuche mit radioaktivem Strigolacton in Kontrollpflanzen und der Transportmutante vorgesehen. Um die Rolle der HPCs zu untersuchen werden wir die Verteilung und Anzahl dieser Zellen unter verschiedenen Nährstoffbedingungen untersuchen und nach Mutanten suchen, die eine unterschiedliche Anzahl und Verteilung von HPCs aufweisen. Wir werden die entsprechenden Gene identifizieren um mehr über die spezifischen Eigenschaften der HPCs zu erfahren.

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Last update: 02.04.2014

Active participation

Self-organised

Title	Year

Number	Title	Start	Funding scheme

SummaryStrigolactones are now well-established plant hormones. Excreted to the soil they induce the branching of mycorrhizal fungi, strongly promoting mycorrhization. Within the plant, together with auxin they are involved in the control of shoot branching. Furthermore, during the last years it was recognized that strigolactones play many other roles in controlling diverse aspects of plant development. Recently we succeeded in identifying an ABC transporter, PhPDR1 which acts as the strigolactone exporter in Petunia. Petunia plants missing PhPDR1show a strongly reduced mycorrhization and increase lateral branch formation. Recent, unpublished results from our laboratory revealed that PhPDR1 is polarly localized in root tip cells and in hypodermal passage cells (HPCs), the cells of the root exodermis responsible for strigolactone exudation and at the same time entry points for mycorrhizal funghi. However, despite our discovery of PhPDR1, many questions concerning strigolactone transport remain open and so far our knowledge about HPCs and the root exodermis is limited. In a related project in our laboratory aimed to characterize phytohormone transport, we realized that transport of phytohormone conjugates is a neglected topic, despite the potential important role these conjugates play. The hereby submitted project proposal integrates three projects. Within subproject A we would like to continue and expand our work on strigolactone transport. We will investigate the tissue and subcellular localization of PhPDR1 in the nodes, where PhPDR1 expression has been demonstrated, and investigate the crosstalk between PhPDR1 and PIN1, an auxin transporter, which control bud dormancy or outgrowth. Within this subproject we will also make an effort to identify and characterize a strigolactone importer. In subproject B, which is a ”spin-off” of subproject A, we plan to analyze in detail HPC function, since the presence of the strigolactone transporter in HPCs raised our interest in this cell type, which is only barely explored. We will perform a forward genetic screen to identify mutants with impaired HPCs and/or exodermis. In a second, hypothesis-based approach we will explore the possibility whether the recently discovered ESB1 and ESB1-like proteins required for endodermal Casparian strip formation are also involved in the formation of Casparian strips in the exodermis. In subproject C we would like to characterize the vacuolar transporters for indoyl acetic acid-amino acid and -glucose conjugates and investigate how plants react when these, partially unstable conjugates cannot be delivered to the vacuole. In conclusion, although the three subprojects are quite diverse, they have a common theme: phytohormone transport and the characterization of cells that play an important role in this transport.