Das Projekt "The role of biotic interactions in determining phenotypic and genotypic variation in metal hyperaccumulation and hypertolerance in two model Brassicaceae species" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eberhard Karls Universität Tübingen, Fachbereich Biologie, Institut für Evolution und Ökologie, Abteilung Vegetationsökologie durchgeführt. Metallhyperakkumulierung ist eine für viele Brassicaceen typische Fähigkeit. Dennoch sind weder die ökologischen Konsequenzen noch die Rolle von ökologischen Interaktionen für natürliche Variation in dieser Eigenschaft jemals untersucht worden. Hier untersuchen wir diese Frage mit einem neuartigen konzeptionellen Modell. Wir konzentrieren uns auf zwei genetische Pflanzenmodelle (Arabidopsis halleri, Noccaea caerulescens) um das molekulare Wissen über diese Arten ausnützen zu können und um Grundlagen für weitere genetische Arbeiten zu legen. Wir kombinieren Feld- und Gewächshausexperimente, molekulare Methoden und Experimente der Biozönologie. Wir untersuchen dabei insbesondere die Rolle genetischer Faktoren und von negativen und positiven Interaktionen zwischen Pflanzen für die Evolution von Variation in Metallhyperakkumulation zwischen und innerhalb von Populationen. Umgekehrt werden wir die Rolle dieser Eigenschaft für die Art der Interaktionen innerhalb von natürlichen Populationen und Gemeinschaften studieren. Wir nehmen dabei an, dass es einen trade-off zwischen Stresstoleranz und Konkurrenzfähigkeit in diesem System gibt, welcher die Leistung von Individuen und das Ausmaß genetischer und phänotypischer Variation in natürlichen Populationen bestimmt. Wir gehen weiterhin davon aus, dass positive Interaktionen in Gemeinschaften mit metallakkumulierenden Arten die genetische Diversität innerhalb der Populationen erhöhen, vor allem unter stressreichen Bedingungen.
Das Projekt "Cadmium/Zink-ATPasen in Hyperakkumulator-Pflanzen: biophysikalischer und biochemischer Mechanismus ihrer Funktion und zelluläre Expressions-Regulation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Konstanz, Mathemtisch-Naturwissenschaftliche Sektion, Fachbereich Biologie, Arbeitsgruppe Küpper durchgeführt. Schwermetall-Hyperakkumulatoren sind von großem Interesse für die Bodenentgiftung und Erzgewinnung, aber auch als Modelle für grundlegende Mechanismen des Metallstoffwechsels. Unser Projekt wird auf zweierlei Weise zum Verständnis der physiologisch-biochemischen Mechanismen der Hyperakkumulation beitragen. 1) Wir werden die Biochemie und Biophysik der Cd/Zn transportierenden P1B-ATPasen HMA3 und HMA4 in den Modell-Hyperakkumulatorpflanzen Thlaspi caerulescens und Arabidopsis halleri charakterisieren. Die natürliche Überexpression solcher Proteine in Hyperakkumulatoren hat uns bereits ermöglicht, HMA4 aus T. caerulescens, wo es vermutlich dem Metalltransport ins Xylem dient, zu reinigen und Vorarbeiten zur Charakterisierung durchzuführen. Wir wollen nun diese Erfahrung mit TcHMA4 als Startpunkt für eine detaillierte Charakterisierung der biochemisch-biophysikalischen Funktionsmechanismen dieses Proteins nutzen, sowie für einen Vergleich mit HMA3. Letzteres pumpt vermutlich Cd in die Speicher-Vakuolen. 2) Wir werden eine selbst entwickelte Methode zur quantitativen mRNA in situ Hybridisierung benutzen um die Transkriptions-Regulation von HMA3 & HMA4 auf zellulärer Ebene zu untersuchen. Frühere Arbeiten mit dieser Methode an Transportern anderer Typen (CDFs & ZIPs) haben erstaunliche Unterschiede zwischen verschiedenen Zelltypen, Entwicklungsstadien, und Antworten auf Mineralstoffernährung gezeigt, die wichtig für das generelle Verständnis des Metallstoffwechsels sind. Für P1B-ATPasen existieren solche Studien noch nicht.