Petunia hybrida als Modellsystem für Stecklinge: Erkenntnisse und Konzepte zur hormonellen und metabolischen Regulation der Adventivwurzelbildung

Petunia hybrida als Modellsystem fur Stecklinge: Erkenntnisse und Konzepte zur hormonellen und metabolischen Regulation der Adventivwurzelbildung Uwe Druge a , Yvonne Klopotek a , Huaiyu Yang a , Philipp Franken a, Mohammad-Reza Hajirezaei b , Siegfried Zerche a a Leibniz-Institut fur Gemuse- und Zierpflanzenbau, Kuhnhauser Str. 101, 99090 Erfurt, Deutschland b Leibniz-Institut fur Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung, Corrensstr.3, 06466 Gatersleben, Deutschland druege@erfurt.igzev.de Die Vermehrung vieler Zierpflanzenarten in Europa basiert auf der Bildung von Adventivwurzeln (AW) in der Sprossbasis von Kopfstecklingen. Dies erfolgt im Rahmen einer mehrstufigen Produktionskette, die eine Dunkellagerung und den Transport der Stecklinge von den ausereuropaischen Mutterpflanzenstandorten einschliest. Dabei behindert das unzureichende Verstandnis der Steuerung der AW-Bildung die Optimierung der Produktionskette. Petunia hybrida wurde von uns als Modellsystem etabliert, um die hormonelle und metabolische Regulation der AW-Bildung im Kontext der komplexen Umweltbedingungen zu analysieren. Basierend auf den erarbeiteten Daten zur Bedeutung des Primarstoffwechsels, der Phytohormonhomoostasis und der -signalketten wird unter Einbeziehung der neuen Literatur ein mechanistisches Arbeitsmodell zur Regulation der AW-Bildung in dem umwelt-responsiven System “Steckling” vorgestellt. Die Akkumulation der Indol-3-essigsaure in der Sprossbasis wahrend der Induktionsphase, die in Abhangigkeit vom polaren Auxintransport und dem oberen Stecklingsabschnitt als Auxin-Source im Wesentlichen durch die Abtrennung vom basipetalen Drain ausgelost wird, ist essentiell fur die AW-Bildung und wichtig fur die Etablierung des neuen Sinks. In Wechselwirkung mit Ethylen, Jasmonsaure und weiteren Phytohormonen fuhrt dies zu einer Aktivierung der Auxinsignalkette, die uber die Regulation der AUX/IAA-Proteine, Auxin Response Faktoren (ARFs), SAUR-Proteine sowie der AP2- und GRAS-Transkriptionsfaktoren eine zentrale Steuerfunktion einnimmt. Die hormonelle Steuerung steht in enger Wechselwirkung mit der Mobilisierung und Umverteilung der Primarmetabolite im Steckling. Dabei sind die Sprossbasis, Source-Blatter und der Sprossapex wichtige physiologische Einheiten, die durch Umweltfaktoren gezielt angesprochen werden konnen. Die weitere Aufklarung der Funktionseinheiten des Stecklings, die zellulare Zuordnung der Schlusselprozesse in der Sprossbasis und die funktionale Analyse der identifizierten Kandidatengene mittels Transposon-Mutanten, genetischer Transformation oder CRISPR/Cas unter Nutzung des sequenzierten Petunien-Genoms werden als wichtige zukunftige Schritte angesehen, das Verstandnis der AW-Bildung in Stecklingen zu erweitern. Um der Diversitat der Zierpflanzenkulturen gerecht zu werden, ist es notwendig, die identifizierten Schlusselfaktoren und -prozesse hinsichtlich ihrer Gultigkeit fur verschiedene Petuniensorten und weitere Pflanzenarten zu uberprufen.