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.
Das Projekt "CE und CE-ICP-SFMS in der Rhizospärenforschung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität für Bodenkultur Wien, Institut für Chemie durchgeführt. Das vorliegende, interdisziplinäre Vorhaben beschäftigt sich mit grundlegenden Prozessen im Wurzelraum von Pflanzen (Rhizosphäre). Ziele des Projektes sind die Erfassung von Wechselwirkungen zwischen Wurzelexsudaten und Metallen und deren Bedeutung für die Aufnahme von Schadstoffen durch die Pflanzenwurzel sowie die Beantwortung der Frage, in welchem Ausmaß organische Säuren in der Rhizosphäre zur Mobilisierung und damit zu einer erhöhten Bioverfügbarkeit von Metallen beitragen können. Voraussetzung für die Erfassung aller relevanten Mechanismen des dynamischen Rhizosphärensystems ist die Entwicklung neuartiger, interdisziplinärer methodischer Ansätze: Als neuartige analytische Techniken wird von der Arbeitsgruppe Analytische Chemie (Institut für Chemie, Universität für Bodenkultur, Wien) eine Analytik zur Bestimmung von niedermolekularen organischen Säuren und Aminosäuren mittels Kapillarzonenelektrophorese (CE) in Bodenlösung entwickelt. Zudem verfolgt die Forschungsgruppe grundlegende methodische Fragestellungen zum Einsatz der Kopplung von Kapillarzonenelektrophorese (CE) mit der Sektorfeldmassenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-SFMS) zur Metallspeziierung in Bodenlösung. Diese Kopplung stellt eine der jüngsten und vielversprechendsten Entwicklungen auf dem Gebiet der Bestimmung von Metall-Spezies dar, da die hohe Trennschärfe der CE mit der Multielementfähigkeit und der hohen Empfindlichkeit der ICP-SFMS kombiniert wird. Der Einsatz von hochauflösender Sektorfeldmassenspektrometrie ist essentiell für die richtige Bestimmung von 'Problemelementen' wie zum Beispiel Fe, Mn, Cu und Al, welche spektrale Interferenzen aufweisen. Die Forschungsgruppe Rhizosphärenökologie und Phytotechnologie (Institut für Bodenforschung, Universität für Bodenkultur) wird innerhalb des Projektes spezielle Rhizoboxen entwickeln, die es ermöglichen, Wurzelausscheidungen direkt an der Wurzel und in definierten Abstanden von der Wurzel zu sammeln. Das Projekt befaßt sich mit drei ausgewählten Pflanzen: Zwei Hyperakkumulatoren (Thlaspi goesingense, Thlaspi caerulescens) werden mit einer verwandten, nicht Metall akkumulierenden Pflanze (Thlaspi arvense) verglichen. Grundlagenforschung bezüglich Metalltransfer zwischen Boden und Pflanze ist essentiell um die Entwicklung von Phytotechnologie voranzutreiben. Die Projektergebnisse stehen im unmittelbaren Zusammenhang mit praxisorientierten Fragen der Phytosanierung und der nachhaltigen Landbewirtschaftung.