Unsere Forschung
Der Mikronährstoff Eisen spielt bei vielen Redoxreaktionen und Elektronentransportvorgängen wie etwa bei der Fotosynthese eine zentrale Rolle. Eisen wird von Pflanzen als zweiwertiges oder dreiwertiges Ion (Fe2+, Fe3+) aufgenommen. Jedoch ist Eisen im Boden oft nur schwer bioverfügbar, was gerade auf alkalischen und kalkreichen Böden zu Eisenmangel führen kann. Auf der anderen Seite ist in der Zelle frei vorliegendes Eisen toxisch und verursacht oxidative Stressreaktionen.
Wir untersuchen die Aufnahme von Eisen in die Wurzel, sowie die Speicherung und Verteilung dieses Mikronährstoffes in der Pflanze. Unser Ziel ist es, die Regulation der Eisenaufnahme und -homöostase, die Eisensignale, das Zusammenwirken von Protein- und Gennetzwerken zur Koordination der Vorgänge auch zur Anpassung an umweltspezifische Aspekte zu verstehen. Wir kombinieren physiologische Experimente mit Methoden aus der Genetik, Molekularbiologie, Biochemie und Zellbiologie.
Pflanzliche Modellsysteme, vor allem Arabidopsis thaliana, stehen im Vordergrund, um neue Genfunktionen für die Aufnahme und Verteilung von Eisen zu identifizieren und charakterisieren. Die effiziente Nutzung von Bodenmineralstoffen ist für ein optimales Pflanzenwachstum und Biomasseproduktion unabdingbar.
Unsere Forschungsergebnisse finden eine Anwendung bei neuartigen Anzuchtverfahren und einer verbesserten Pflanzenzüchtung zur effizienten Nutzung von Mineralstoffen in der Rhizosphäre, aber auch zur Erhöhung des Mineralstoffgehalts im Hinblick auf eine Qualitätssteigerung von pflanzlichen Nahrungsmitteln.
Diese Abbildung (entworfen von Dr. Rumen Ivanov, wissenschaftl. Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe des Instituts) zeigt einen Wurzelquerschnitt bei einer dikotyledonen Pflanze. Epidermiszellen mobilisieren Eisen im Boden und nehmen zweiwertige Eisenionen auf. Mit Hilfe von Gen- und Proteinnetzwerken, die wir in Arabidopsis identifizieren, werden die Signal-und Regulationskaskaden entschlüsselt, welche die Nährstoffaufnahme und das Pflanzenwachstum in der Umwelt koordinieren.
Wir haben folgende zusammenfassende Artikel erstellt, die wir besonders Studierenden und wissenschaftlich Interessierten empfehlen:
- Schwarz B., Bauer P. (2020) FIT, a regulatory hub for iron deficiency and stress signaling in roots, and FIT-dependent and -independent gene signatures. J. Exp. Bot., in press,
-> sehr empfohlen für Wissenschfter/innen und Studierende, behandelt die Eisenaufnahme und Regulation in Wurzeln, stellt bHLH Transkriptionsfaktor FIT-abhängige und -unabhängie Ko-expressionscluster und Gensignaturen in den Vordergrund, ihre Funktionen bei der Eisenaufnahme und -verteilung in Pflanzen sowie auch andere Funktionen, bespricht FIT als regulatorische Schnittstelle zu Entwicklungsvorgängen und Stresssignalisierung.
- Thi Tuyet Le C., Brumbarova T., Bauer P. (2019) The Interplay of ROS and Iron Signaling in Plants. In: Panda S., Yamamoto Y. (eds) Redox Homeostasis in Plants. Signaling and Communication in Plants. Springer, Cham; doi.org/10.1007/978-3-319-95315-1_3,
-> gibt einen Überblick über toxische Effekte von Eisen in Pflanzen, stellt Gensignaturen für toxische Eiseneffekte vor, bespricht Verknüpfungen der Signalwege von Eisen und reaktiven Sauerstoffspezies (ROS)
- Bauer P. (2016); Regulation of iron acquisition responses in plant roots by a transcription factor. Biochem. Mol. Biol. Educ. 44: 438-449,
-> besonders empfohlen für Master Studierende des Moduls M4450, erläutert den Hintergrund zum regulatorischen System FIT/IRT1/FRO2, zeigt typische Eisenmangelantworten und experimentelle Testsysteme, behandelt auch die Lernergebnisse und Komptenzen zum Moduls M4450)
- Brumbarova T., Bauer P., Ivanov R. (2015); Molecular mechanisms governing Arabidopsis iron uptake. Trends Plant Sci. 20: 124-133; zitiert in The Plant Cell Teaching tool TTPB31 (Plant Nutrition 3: Micronutrients and metals)
-> sehr empfohlen für Wissenschfter/innen und Studierende, behandelt die Eisenaufnahme in Wurzeln sowie die Regulation durch Transkriptionsfaktoren und des Eisentransportproteins IRT1,
- Ivanov R., Brumbarova T., Bauer P. (2012); Fitting into the harsh reality: Regulation of iron deficiency responses in dicotyledonous plants. Mol. Plant 5: 27-42.
-> sehr empfohlen für Wissenschfter/innen und Studierende, behandelt die Eisenaufnahme und Regulation in Wurzeln, stellt Transkriptionsfaktoren und Ko-expressionsnetzwerke vor, IRT1 Genkontrolle