Project

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The multifaceted roles of strigolactones in plant development and nutrition

English title The multifaceted roles of strigolactones in plant development and nutrition
Applicant Martinoia Enrico
Number 169546
Funding scheme Project funding
Research institution Institut für Pflanzen- und Mikrobiologie Universität Zürich
Institution of higher education University of Zurich - ZH
Main discipline Botany
Start/End 01.03.2017 - 31.03.2018
Approved amount 224'458.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Botany
Biochemistry

Keywords (6)

auxin; mycorrhization; membrane transport; strigolactone; exodermis; hypodermal passage cell

Lay Summary (German)

Lead
Strigolaktone wurden ursprünglich als Keimungsstimulantien von parasitischen Pflanzen entdeckt. Etwa vierzig Jahre später hat man realisiert, dass sie dadurch, dass sie die Verzweigung der Pilzhyphen stimulieren, eine wichtige Rolle bei der Mykorrhizierung spielen. Einige Jahre nach dieser Beobachtung wurde entdeckt, dass Strigolaktone auch eine wichtige Rolle innerhalb der Pflanze spielen, sie verhindern das Austreiben der Seitentriebe und die Produktion der Seitenwurzeln und spielen deshalb eine wichtige Rolle in Entwicklungsprozessen. Das Hauptanliegen des vorliegenden Projekts ist abzuklären, ob i) eine erhöhte Ausscheidung von Strigolaktonen die Mykorrhizierung und Nährstoffaufnahme der Pflanze positiv beeinflusst; ii) wie die Anzahl der hypodermal passage cells reguliert wird und ob diese einen Einfluss auf die Nährstoffaufnahme haben; und iii) welche Rolle der Strigolaktontransporter bei der Verzweigung des Sprosses spielt und wie seine Aktivität reguliert wird.
Lay summary

Strigolaktone wurden ursprünglich als Keimungsstimulantien von parasitischen Pflanzen entdeckt. Etwa vierzig Jahre später hat man realisiert, dass sie dadurch, dass sie die Verzweigung der Pilzhyphen stimulieren, eine wichtige Rolle bei der Mykorrhizierung spielen. Deshalb spielen Strigolactone  eine wichtige Rolle bei der Pflanzenernährung. Einige Jahre nach dieser Beobachtung wurde entdeckt, dass Strigolaktone auch eine wichtige Rolle innerhalb der Pflanze spielen, sie verhindern das Austreiben der Seitentriebe und die Produktion der Seitenwurzeln. Das vorliegende Projekt ist eine Weiterführung des laufenden Projekts und hat das Ziel, einige Arbeiten so weiterzuführen, dass diese vor meiner Pensionierung abgeschlossen und publiziert werden können. Wir haben in den letzten Jahren einen ABC Transporter identifiziert, der Strigolaktone transportiert. In einer kürzlich erschienen Publikation haben wir gezeigt, dass dieser Transporter sowohl für die Strigolaktonausscheidung in den Boden und somit für die Mykorrhizierung als auch für den Strigolaktontransport in den Spross verantwortlich ist. Die Fragen die wir innerhalb des vorliegenden Projekts beantworten möchten sind: i) Können wir durch Überexpression des Strigolaktontransporters die Mykorrhizierung beschleunigen oder erhöhen und den Pflanzen somit einen Vorteil in der Nährstoffaufnehme verschaffen? ii) Die Ausscheidung von Strigolaktonen in den Boden geschieht in speziellen, unsuberisierten Zellen der Exodermis, sogenannte hypodermal passage cells. Wie wird die Anzahl dieser Zellen reguliert und welche Rolle spielen sie bei der Nährstoffaufnahme? iii) Was für eine Rolle spielt der Strigolaktontransporter bei der Verzweigung des Sprosses und wie wird seine Aktivität reguliert?

Direct link to Lay Summary Last update: 03.10.2016

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Changes in the allocation of endogenous strigolactone improve plant biomass production on phosphate‐poor soils
Liu Guo-Wei, Pfeiffer Johannes, Brito-Francisco Rita, Emonet Aurelia, Stirnemann Marina, Gübeli Christian, Hutter Olivier, Sasse Joelle, Mattheyer Christian, Stelzer Ernst, Walter Achim, Martinoia Enrico, Borghi Lorenzo (2017), Changes in the allocation of endogenous strigolactone improve plant biomass production on phosphate‐poor soils, in New Phytologist, 217, 784-798.
ABA-Induced Stomatal Closure Involves ALMT4, a Phosphorylation-Dependent Vacuolar Anion Channel of Arabidopsis
Eisenach Cornelia, Beatz Ulrike, Huck Nicola, Zhang Jingbo, De Angeli Alexis, Beckers Gerold, Martinoia Enrico (2017), ABA-Induced Stomatal Closure Involves ALMT4, a Phosphorylation-Dependent Vacuolar Anion Channel of Arabidopsis, in The Plant Cell, 29, 2552-2569.
Plant hormone transporters: what we know and what we would like to know
Park Jiyoung, Lee Youngsook, Martinoia Enrico, Geisler Markus (2017), Plant hormone transporters: what we know and what we would like to know, in BMC Biology, 15(93), 1-15.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Harro Bouwmeester, Wageningen UR Netherlands (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
Michiel Vandenbussche, ENS Lyon France (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
Prof. Achim Walter, ETH Zürich Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
Dr. Didier Reinhardt; Plant Biology; University Fribourg Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
152831 Investigation of phytohormone transport and the fate of hypodermal passage cells, a cell type specialized to release strigolactones 01.05.2014 Project funding
152831 Investigation of phytohormone transport and the fate of hypodermal passage cells, a cell type specialized to release strigolactones 01.05.2014 Project funding

Abstract

SummaryStrigolactones (SLs) have initially been discovered as germination stimulants for parasitic weeds. It took forty years until it was recognized that these compounds play many important roles in the interaction between the environment and the plant by inducing hyphal branching of mycorrhizal fungi and in plant development by regulating the plant architecture. As for human hormones also plant hormones are very often transported from their site of synthesis to their site of action, often over long distances. We are therefore interested how SLs are transported from the root tip to the soil as well as to the above-ground part of the plant, since grafting experiments indicated that such a transport takes place. In former works we reported the identification and characterization of a SLs transporter from petunia, the ABC transporter PDR1, and showed that this transporter is required for the exudation of SLs to the soil and to the above-ground part of the plant. Plants mutated in PDR1 are much less efficient in attracting mycorrhizal fungi and shoot lateral branching is more pronounced, due to a weaker SL transport. In this work we wish to learn more about the role of SLs -related processes. During the last ten years our knowledge about SLs has increased tremendously. However, our knowledge about SLs transport, allocation and regulation requires still a better understanding. The same is true for the role of SLs and plant nutrition. SLs do not only enhance mycorrhization, and therefore nutrient uptake (mainly phosphate and nitrogen), but have also an impact on root architecture and recently we observed that they play also an important role in defining the number of hypodermis passage cells (HPCs). HPCs are non-suberized cells of the exodermis and the exclusive entry points for mycorrhiza. In addition it is likely that due to the missing suberin they play also an important role in plant nutrition.To address these questions we have generated several tools and performed a large number of preliminary experiments that will allow us to progress rapidly to answer the following questions:i)Is overexpression of PDR1 that results in higher SL exudation to soil a reliable tool to improve phosphate nutrition in plants growing on nutrient-poor soils?ii)What is the connection between PDR1, SL biosynthesis and regulatory pathways in establishing and/ or maintaing HPCs? iii)How specific is the root nutrient uptake via HPCs? Which ions / molecules find their way to the plant via HPCs?iv)Three main players have been reported to have an impact on lateral shoot branching: auxin, sucrose and SLs. What regulates SL allocation to the bud and which roles plays PDR1 on the other 2 signaling pathways ? v)How is PDR1 activity and expression regulated?In conclusion, our work will contribute to the rapidly increasing knowledge about SLs by investigating novel, so far not-addressed aspects.
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