Artikel zur Kategorie Forschungsergebnis


06. Mai 2021

Bestäuber-Wechsel: Vögel und Fledermäuse bestäuben Pflanzen der Anden

Wie kommt es dazu, dass die Bestäuber einer Pflanzenart im Laufe der Evolution wechseln? Ein Team um Agnes Dellinger vom Department für Botanik und Biodiversitätsforschung und Jürg Schönenberger von der Universität Wien ist dieser Frage in den Regenwäldern Süd- und Mittelamerikas nachgegangen. In fünf Expeditionen untersuchten sie elf Pflanzenarten der Familie der Schwarzmundgewächse in den Tiefland- und Bergregenwäldern Costa Ricas, Ecuadors und Kolumbiens. "Wir fanden heraus, dass Bienen häufige Blütenbesucher im Tiefland waren, wo die untersuchte Pflanzengruppe vermutlich ihren evolutionären Ursprung hat", erklärt Dellinger. Im Laufe der letzten fünf Millionen Jahre haben sich diese Pflanzen auch in den – durch die Auffaltung der Anden – neu entstandenen Gebirgshabitaten ausgebreitet. "In dieser Höhe von etwa 2.400 bis etwa 3.300 Meter sind Bienen nur sehr seltene Blütenbesucher, während Wirbeltiere wie Fledermäuse, Kolibris und Sperlingsvögel häufig an Blüten anzutreffen sind", so Dellinger. Diese Wirbeltiere transportieren im Vergleich zu Bienen in den tropischen Bergregenwäldern größere Mengen an Pollen zwischen den Blüten. Diese effizientere Pollenübertragung durch Wirbeltiere ist  wahrscheinlich ein wichtiger Faktor in der Evolution von Bestäuberwechseln. "Wechsel von Bienen- zu Wirbeltierbestäubung haben bei Schwarzmundgewächsen ausschließlich in Gebirgswäldern stattgefunden, wo das Klima generell feuchter, kühler und windiger ist als im Tieflandregenwald", so Dellinger. Auch haben sich die Blüten in ihrer Funktionsweise und ihrer Morphologie über lange evolutionäre Zeiträume an die neuen Wirbeltierbestäuber angepasst. Ihre Ergebnisse erschienen in der Fachzeitschrift New Phytologist.

Quelle: Uni Wien

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05. Mai 2021

Honigbienen fliegen auf Raps, Apfelblüten haben das Nachsehen

Raps ist bei Honigbienen beliebt. Foto: Albin Andersson

Rapsfelder ziehen Honigbienen magisch an. Sind die Felder direkt neben Apfelanlagen, fliegen die Insekten eher zu den gelben Blüten als zu den nahegelegenen Obstbäumen. Das zeigt eine neue Studie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ). Dass die Apfelernte bei den untersuchten Apfelanlagen trotzdem stabil blieb, lag an Hummeln und anderen Wildbienen, die die Bestäubungslücke füllten. Die Studie haben die Forschenden in der Fachzeitschrift Agriculture, Ecosystem and Environment veröffentlicht.

Quelle: MLU

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04. Mai 2021

Neue Rhododendron-Art bevorzugt Schiefergestein

Die neu beschriebene Art bevorzugt das schwermetallhaltige Schiefergestein in den Great Smoky Mountains. Foto: Ralf Bauer, Uni Oldenburg

Eine Vorliebe für schwermetallhaltiges Schiefergestein ist charakteristisch für eine neue Rhododendron-Art, die Prof. Dr. Dirk Albach von der Universität Oldenburg und der Rhododendron-Sammler Dr. Ralf Bauer aus Offenburg entdeckt haben. Die neue Art, Rhododendron smokianum genannt, besetzt damit eine ungewöhnliche ökologische Nische, wie die beiden am 1. März in der Fachzeitschrift Systematic Botany schreiben, die sie heute der Öffentlichkeit vorstellten. Die neue Art hat einen kompakteren Wuchs als andere Arten und unterscheidet sich zudem durch kleinere Blüten mit einer kurzröhrigen Blumenkrone. Das Verbreitungsgebiet beschränkt sich auf den Great-Smoky-Mountains-Nationalpark im US-Staat Tennessee, dem Namensgeber der neuen Art.

Quelle: Uni Oldenburg

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03. Mai 2021

Klimawandel dürfte Pflanzenvielfalt in Trockengebieten verändern

Untersuchungsfläche an der Havel, eine von weltweit 72 Freilandexperimenten, deren Daten in die Synthese eingeflossen sind. Foto: Kristin Ludewig

Wasser ist in vielen Ökosystemen der Erde ein knappes Gut. Dieser Mangel dürfte sich im Zuge des Klimawandels weiter verschärfen und zu einem deutlichen Rückgang der Pflanzenvielfalt führen. Mit einer Synthese von experimentellen Daten aus der ganzen Welt haben Wissenschaftler*innen des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) zum ersten Mal nachgewiesen, dass gerade Trockengebiete besonders empfindlich auf veränderte Niederschlagsmengen reagieren. Das aber kann auch für die Menschen in den betroffenen Regionen Konsequenzen haben, warnt das Team im Fachjournal Nature Communications.

Quelle: UFZ

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03. Mai 2021

Kakao wird nicht von Gnitzen bestäubt

Eine Kakaoblüte wird von einer winzigen parasitären Wespe besucht. Foto: Manuel Toledo

Ameisen und Fliegen – und nicht wie bisher angenommen Gnitzen – spielen eine entscheidende Rolle beim Bestäuben der Kakao-Pflanzen. Ein Forschungsteam unter Leitung der Universität Göttingen hat im indonesischen Zentral-Sulawesi herausgefunden, dass die Förderung der Artenvielfalt sowie der Erhalt von Laubstreu und schattenspendenden Bäume in Agroforstsystemen wichtig sind, um die sehr kleinen Bestäuber der Kakaobäume zu fördern. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Biological Conservation erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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03. Mai 2021

Lichttoleranz von Cyanobakterien erhöht

Sonne, Luft und Wasser: Mehr brauchen Pflanzen und Cyanobakterien – umgangssprachlich auch als Blaualgen bezeichnet – nicht, um durch Photosynthese organische Kohlenstoffverbindungen und Sauerstoff zu produzieren. Dieser Prozess ist die Grundlage allen Lebens auf der Erde. Zuviel Sonnenlicht allerdings wirkt sich negativ aus, weil es die zellulären Solaranlagen beschädigt. Ein Team um den Biologen Dario Leister von der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) hat nun mit künstlicher Evolution im Labor die Lichttoleranz von Blaualgen deutlich erhöht und über 100 beteiligte Mutationen identifiziert. Langfristig wollen die Forschenden dazu beitragen, Nutzpflanzen robuster gegen Umweltveränderungen zu machen. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Nature Plants.

Quelle: LMU

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03. Mai 2021

Essenzielle Virulenzproteine des Maisbeulenbrandes entdeckt

Ustilago maydis-Hyphen im Inneren eines infizierten Maisblattes. Die roten Flecken werden durch ein fluoreszierendes Protein verursacht, das an eines der Proteine im oberflächenexponierten Komplex gebunden ist. Foto und (c): Kahmann, MPI für terrestrische Mikrobiologie

Um die Maispflanze zu infizieren, nutzt der Pilz-Parasit Ustilago maydis einen Komplex aus sieben Proteinen. Zahlreiche Befunde belegen eine essentielle Rolle des Komplexes bei der Krankheitsentstehung und lassen auf ein weit verbreitetes Vorkommen bei pilzlichen Pathogenen schließen. Wie das Forschungsteam um unser Ehrenmitglied, Prof. Dr. Regine Kahmann, vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in der Fachzeitschrift Nature Micrbiology www.nature.com/articles/s41564-021-00896-x schildert, hat es fünf Pilzeffektoren sowie zwei pilzliche Transmembranproteine identifiziert, die einen stabilen Proteinkomplex bilden. Fehlt nur eines dieser sieben Proteine, kommt der Infektionsprozess vollständig zum Erliegen. Ein solch starker Beitrag zur Virulenz ist sehr ungewöhnlich für Effektoren, die einzeln normalerweise nur einen jeweils kleinen Beitrag zur Virulenz leisten. Mutanten, denen Proteine des Komplexes fehlen, können die Wirtsimmunität nicht herunterregulieren, was auf eine Beteiligung des Komplexes an der Effektorabgabe hindeutet. Experimente zur Lokalisierung des Komplexes, die zum Teil mit Kooperationspartnern in den USA und an der Philipps-Universität in Marburg durchgeführt wurden, ergaben, dass sich die Proteine in Strukturen befinden, die vom Pilz in die Wirtszellen hineinreichen.

Quelle: MPI für terrestrische Mikrobiologie

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30. Apr 2021

Wie Pflanzen ihren Symbiosepartnern näherkommen

Ein Wurzelhaar (blau) wächst um die symbiotischen Bakterien (rot) herum. Foto: Pengbo Liang, Uni Freiburg

­In Wurzelzellen haben Forschende einen Faktor nachgewiesen, den die Pflanzen für den ersten physischen Kontakt mit Knöllchenbakterien benötigen. Das Team um den Zellbiologen Prof. Dr. Thomas Ott der Universität Freiburg entdeckte in der Leguminose Medicago truncatula (Schneckenklee) ein nur in Leguminosen vorkommendes Protein namens Symbiotic Formin 1 (SYFO1) und wies dessen essentielle Rolle für die Symbiose nach. Trifft ein Knöllchenbakterium auf die Wurzeln der Leguminosen, verursacht das SYFO1-Protein, dass die Härchen der Wurzel die Wachstumsrichtung verändern. Sie umwickeln so den potenziellen Partner für die Symbiose. „Wenn wir genau verstehen, wie die Symbiose zustande kommt, könnten wir Nutzpflanzen diese besondere Eigenschaft zurückgeben, die sie im Laufe der Evolution verloren haben“, sagt Ott. Zusammen mit dem Molekularbiologen Prof. Dr. Robert Grosse von der Medizinischen Fakultät der Universität Freiburg und dem Evolutionsbiologen Dr. Pierre-Marc Delaux vom Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales (LRSV) in Toulouse/Frankreich veröffentlicht das Team die Ergebnisse im Fachmagazin Current Biology.

Quelle: Uni Freiburg

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30. Apr 2021

Mensch beschleunigt Änderung der Zusammensetzung der Pflanzenarten

Auf Teneriffa werden pollenhaltige Sedimente aus einem Bohrloch entnommen. Foto und (c): José María Fernández Palacios

Der Mensch hat die Biodiversität in allen Klimazonen der Erde erheblich beeinflusst. Unter der Leitung von Prof. Dr. Manuel Steinbauer an der Universität Bayreuth und Dr. Sandra Nogué an der University of Southampton hat ein internationales Team untersucht, wie sich die Pflanzenwelt auf 27 Inseln in verschiedenen Weltregionen seit 5.000 Jahren entwickelt hat: Fast überall löste die Ankunft des Menschen in vorher unbeeinflussten Ökosystemen eine deutlich beschleunigten Wandel der Biodiversität aus, berichten die Forschenden in der Fachzeitschrift Science. Diese Dynamik veränderter Artenzusammensetzungen war auf jenen Inseln besonders stark ausgeprägt, die innerhalb der letzten 1.500 Jahre besiedelt wurden.

Quelle: Uni Bayreuth

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29. Apr 2021

Wie Algen verhindern von Korallen ausgespuckt zu werden

Mit dem Modellsystem Exaiptasia diaphana gelang der Nachweis, dass Mikroalgen aus der Gruppe der Dinoflagellaten intrazelluläre Symbiosen initiieren, indem sie das Immunsystem ihrer Wirtszelle unterdrücken. Foto: Natascha Bechtoldt

Algen aus der Gruppe der Dinoflagellaten gehen seit Urzeiten intrazelluläre Symbiosen mit Korallen ein. Ein Forschungsteam vom Centre for Organismal Studies (COS) der Universität Heidelberg hat nun herausgefunden, dass solche Symbiosen von der Fähigkeit der Mikroalgen abhängen, das Immunsystem ihrer Wirtszelle zu unterdrücken und so die Beseitigung durch „Ausspucken“ zu vermeiden. Die Forschenden fanden außerdem Hinweise darauf, dass es sich bei dieser Immunantwort um einen evolutionär alten Abwehrmechanismus handelt, der weiter verbreitet ist als bisher angenommen. „Die Herausforderung für die Korallen besteht darin, zwischen nützlichen und potenziell schädlichen Mikroorganismen zu unterscheiden. Die Algen wiederum müssen die Immunantwort der Wirtszelle umgehen, eine intrazelluläre Nische etablieren, in der sie überleben können, und die eigenen Zellfunktionen so auf die ihres Wirtes abstimmen, dass Nährstoffe effizient ausgetauscht werden können“, erklärt Prof. Dr. Annika Guse vom COS. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie im Fachmagazin Nature Microbiology.

Quelle: Uni Heidelberg

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29. Apr 2021

Netzwerke für Ährchenbildung bei Gerste beschrieben

Gerstenähren. Foto: Eva Siebenhühner, IPK

Wie einzelne Gene bei der Bildung der Ährchen in Gerste zusammenwirken hat ein internationales Forschungsteam unter Führung des Leibniz-Institutes für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in einem mehrjährigen Forschungsvorhaben analysiert. Dazu hat es feinste Gewebeteile, die an der Organbildung der Gerstenähre beteiligt sind, mittels Laser herausgeschnitten und genauer untersucht. Die in der Fachzeitschrift Science Advances vorgestellten Ergebnisse nützen vor allem vergleichende Studien.

Quelle: IPK (pdf)

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29. Apr 2021

Artenvielfalt in Nebelwäldern schwindet – auch in Schutzgebieten

Tropische Bergnebelwälder wie der Manusela-Nationalpark auf der indonesischen Insel Seram sind oft in Wolken gehüllt. Foto: Dirk Karger, WSL

Die Fläche der tropischen Bergnebelwälder wird weltweit kleiner. Dies hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) zum ersten Mal mithilfe von Satellitendaten nachweisen können und in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution dargelegt. Mit der Abnahme ist ein immenser Verlust an Pflanzen und Tieren verbunden, die in diesen Wäldern vorkommen. Schutzgebiete zeigen dabei kaum Wirkung.

Quelle: WSL

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27. Apr 2021

Baumplantagen tragen nur bedingt zum Schutz der Biodiversität bei

Käfer erfüllen wichtige Funktionen bei verschiedenen natürlichen Prozessen, so wie dieser Mistkäfer (Oxysternon aff. conspicillatum), der sich im tropischen Regenwald Boliviens von Dung ernährt. Foto: Jaime Rodriguez

Künstlich angelegte Baumplantagen sollen helfen, den Verlust naturbelassener Wälder auszugleichen, tragen aber nur bedingt zum Schutz der Biodiversität bei. So beherbergen Plantagen weniger Käferarten als naturbelassene Altbestände und auch die Zahl der Tiere ist deutlich geringer. Das zeigt eine globale Analyse unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), die im Fachmagazin Forest Ecology and Management veröffentlicht wurde.

Quelle: iDiv

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22. Apr 2021

Pflanzenherkunft beeinflusst Bestäuber

Eine Erdhummel ist mit Pollen von der Acker-Witwenblume bedeckt. Foto: Peter Leßmann, WWU

Das Insektensterben und der Rückgang der biologischen Vielfalt stellen Herausforderungen für das Bestäuben von Wild- und Kulturpflanzen dar. Landschaftsökologinnen und -ökologen der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster haben jetzt genauer untersucht, wie sich die Saatgutauswahl bei Renaturierungsmaßnahmen, also die Wiederherstellung von naturnahen Lebensräumen aus kultivierten und genutzten Bodenoberflächen, auf die Förderung der Insektenvielfalt auswirkt. Dabei spielt nicht nur die Pflanzenart, sondern auch die geografische Herkunft der Samen eine wichtige Rolle: Sie hat nämlich Einfluss auf die Insektenvielfalt und darauf, wie oft die Bestäuber die Blüten besuchen. Sie publizierten ihre Studienergebnisse in der Fachzeitschrift Journal of Applied Ecology.

Quelle: WWU

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21. Apr 2021

Globale Nachhaltigkeit: Kombination von Ökolandbau und Gentechnik

Für mehr Nachhaltigkeit auf globaler Ebene sollte die EU-Gesetzgebung geändert und der Einsatz der Gen-Schere im Ökolandbau erlaubt werden. Dies fordert ein internationales Forschungsteam. Die EU-Kommission hatte im Mai 2020 die Farm-to-Fork-Strategie vorgelegt, die Teil des European Green Deal ist. Das Ziel ist es, die europäische Landwirtschaft und das Ernährungssystem nachhaltiger zu gestalten. Insbesondere soll der Anteil des ökologischen Landbaus an der Agrarwirtschaft innerhalb der EU bis 2030 auf 25 Prozent erhöht werden. Diese Steigerung gewährleistet jedoch - wenn es bei der derzeitigen EU-Rechtslage bleibt - keineswegs mehr Nachhaltigkeit, wie die Studie in der Zeitschrift Trends in Plant Science zeigt, zu der Wissenschaftler*innen aus Bayreuth, Göttingen, Düsseldorf, Heidelberg, Wageningen, Alnarp und Berkeley beigetragen haben. „Den Ökolandbau unter den gegenwärtigen rechtlichen Beschränkungen der Biotechnologie weiter auszudehnen, könnte leicht zu weniger anstatt zu mehr Nachhaltigkeit führen. Dabei bietet gerade die Gen-Schere vielversprechende Potenziale für eine nachhaltige Agrarwirtschaft“, erklärt Kai Purnhagen, Erstautor der Studie und Professor für Lebensmittelrecht an der Universität Bayreuth.

Quelle: Uni Bayreuth

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16. Apr 2021

Wie das Photosystem II zusammengebaut wird

Die Struktur des Photosystem II war bekannt. Lange war aber nicht klar, wie sie zusammengebaut wird. Foto und (c): Jan M. Schuller

Erstmals haben Forschende Struktur und Funktion eines Übergangszustands der Synthese vom Photosystem II aufklären können, dem Teil des Photosynthese-Systems von Pflanzen, Algen und Cyanobakterien, in dem der erste Schritt der Lichtreaktion stattfindet. PS II besteht aus mehr als 100 Einzelteilen, die in einem wohl orchestrierten Prozess zusammenfinden müssen, damit am Ende eine funktionierende Maschine entsteht. Eine entscheidende Rolle spielen dabei Helferproteine, die sogenannten Assemblierungsfaktoren, die für Teilschritte verantwortlich sind. „Man kann sich diese wie Roboter an einem Fließband, zum Beispiel zur Herstellung eines PKWs, vorstellen“, erklärt Prof. Dr. Marc Nowaczyk vom Lehrstuhl Biochemie der Pflanzen der RUB. „Jeder Roboter fügt ein Teil an oder setzt vorgefertigte Module zusammen, damit am Ende eine perfekte Maschine entstehen kann.“ Das internationale Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB), der Max-Planck-Institute für Biochemie und Biophysik, des Zentrums für Synthetische Mikrobiologie (SYNMIKRO) und des Chemie Departments der Philipps Universität Marburg, der University of Illinois Urbana-Champaign, USA, und der Université Paris-Saclay, Frankreich, hat seine Ergebnisse am 12. April 2021 in der Zeitschrift Nature Plants veröffentlicht. Die Daten zeigen die molekulare Struktur eines PS II-Übergangskomplexes mit gleich drei Helferproteinen.

Quelle: RUB

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15. Apr 2021

Wie Organismen im Riff den Folgen des Klimawandels widerstehen können

Benthische Großforaminiferen leben in flachen Gewässern wie hier auf Seegräsern. Foto: Marleen Stuhr, ZMT

Foraminiferen leben in Symbiose mit Algen und produzieren Kalkgehäuse. Forschende zeigten kürzlich im Fachjournal Oceans, wie diese kalkbildenden Einzeller auf Ozeanversauerung und -erwärmung reagieren. Die Meeresgeoökologin Dr. Marleen Stuhr vom Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT) in Bremen leitete die Studie und schließt aus den Ergebnissen, dass die winzigen Rifforganismen den Bedingungen widerstehen könnten, wie sie für die Meere in der Zukunft vorausgesagt werden. An der Untersuchung waren neben dem ZMT auch Forschende des Leibniz-Instituts für Analytische Wissenschaften (ISAS) in Dortmund und der amerikanischen Northeastern University in Boston beteiligt.

Quelle: ZMT

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14. Apr 2021

Mikrobiom-gesteuerte Züchtung von Ölkürbissen

Die Züchtung des steirischen Ölkürbis ist mit rund 150 Jahren relativ jung und gut dokumentiert. Durch die gezielte Züchtung resistenter, immer schmackhafterer und ertragreicherer Kürbispflanzen hat sich das Samen-Mikrobiom des Ölkürbis über die Generationen mitverändert. Anhand einer gut dokumentierten Züchtungslinie konnten die Umweltbiotechnologinnen und -technologen der TU Graz erstmals nachweisen, dass die Mikroorganismen am Samen des Kürbis vererbt und wohl ausschlaggebend für bestimmte Pflanzeneigenschaften sind. Peter Kusstatscher, einer der Studienautoren, erklärt: „Wir haben Bakterien und Pilze am Samen der Ölkürbisse untersucht und herausgefunden, dass die Pflanze einen Großteil ihrer Bakterien am Samen – bis zu 60 Prozent nämlich – an die nächste Generation weitergibt, während die Pilzvielfalt am Samen weitgehend vom lokalen Bodenmikrobiom abhängt. Vererbt,“ so Kusstatscher weiter, „werden dabei vor allem für die Pflanzen nützliche Mikroorganismen. Da verhält es sich bei der Pflanze ähnlich wie beim Menschen: Babys erhalten ihr Mikrobiom auch von der Mutter.“ Die in Frontiers in Plant Science publizierten Ergebnisse ebnen erstmals den Weg hin zur Mikrobiom-gesteuerten Züchtung von Ölkürbissen. Die gezielte Züchtung eines vorteilhaften Samen-Mikrobioms führt zu Pflanzeneigenschaften, die sich positiv auf Ertrag, Gesundheit und Lagerfähigkeit von Ölkürbissen auswirken.

Quelle: TU Graz

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14. Apr 2021

Klimawandel macht es schwieriger, gute Tasse Kaffee zu bekommen

Äthiopien könnte in Zukunft weniger besonders hochwertigen Kaffee und mehr durchschnittliche, eher fade schmeckende Sorten erzeugen. Das ist das Ergebnis einer neuen Studie eines internationalen Forschungsteams unter der Leitung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK), das die Auswirkungen des Klimawandels auf Afrikas größtes Anbaugebiet für Kaffee untersucht und die Ergebnisse im Fachjournal Nature Scientific Reports publiziert hat. Ihre Ergebnisse sind sowohl für die Millionen von Kleinbauern des Landes, die mit Spezialitätenkaffee mehr verdienen als mit normalem Kaffee, als auch für Baristas und Kaffeegenießer auf der ganzen Welt relevant.

Quelle: PIK

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13. Apr 2021

Bäume sterben bei Trockenheit am Kollaps des hydraulischen Systems

Wenn Bäume während einer Trockenperiode sterben, sind sie verdurstet. Forschende der Universität Basel konnten in einer Feldstudie zeigen, dass der Kollaps des hydraulischen Systems für den Baumtod verantwortlich ist. Und sie fanden heraus: Die Bäume sterben möglicherweise schneller, als bisher gedacht, wie sie im Fachjournal PNAS darlegen.

Quelle: Uni Basel

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13. Apr 2021

Genetische Ursachen für Virusresistenz des Apfelwicklers

Eine mit CpGV infizierte Larve des Apfelwicklers in einem geschädigten Apfel. Foto: Johannes Jehle, JKI

Forschende des Julius Kühn-Instituts (JKI) legen erstmals globale Transkriptom-Analyse eines Granulovirus vor und liefern damit Grundlage für verbesserte biologische Bekämpfung des Apfelwicklers. Der Apfelwickler Cydia pomonella ist weltweit der wichtigste Schädling im ökologischen wie im integrierten Apfelanbau. Bereits seit Jahrzehnten wird das Insekt mit einem natürlichen Gegenspieler, dem Apfelwickler-Granulovirus (CpGV), erfolgreich bekämpft. Doch mittlerweile treten immer häufiger Apfelwicklermaden auf, die resistent gegen das Virus sind. Um die biologische Bekämpfung in Apfelanlagen auch künftig sicherzustellen, klären Forschende des Julius Kühn-Instituts (JKI) in Darmstadt die molekularen Mechanismen der Virusinfektion auf. Dazu wurde das über 140 Gene umfassende Genom des Virus in anfälligen und resistenten Apfelwicklern analysiert. Die Ergebnisse sind jetzt im Journal of General Virology erschienen.

Quelle: JKI

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08. Apr 2021

Kortikalreaktion bei Pflanzen entdeckt

Die Eizelle (l.) produziert ein Kortikalnetzwerk am oberen Pol, welches gelb-markierte Endopeptidasen enthält. Der Golgi-Apparat der Eizelle ist rot markiert. Rechts eine Drüsenzelle (Synergide), die Pollenschlauchanlockungsproteine sekretiert. Aufnahme: Dr. Andrea Bleckmann

Biologen*innen haben einen Mechanismus entdeckt, wie Pflanzen verhindern, dass Eizellen von mehreren Spermazellen befruchtet werden. Wie sie im Fachjourrnal Nature berichten ist es dem Forschungsteam vom Lehrstuhl für Zellbiologie und Pflanzenbiochemie um Professor Dr. Thomas Dresselhaus gelungen zu zeigen, dass zwei der befruchtungsinduzierten Boten-mRNAs sog. Endopeptidasen erzeugen, die nach Befruchtung in großen Mengen von der Eizelle ausgeschieden werden. In Kooperation mit Forschern*innen der Universität Wuhan (China) konnten sie jetzt zeigen, dass diese Endopeptidasen oben beschriebene Pollenschlauch-Anlockungsproteine spalten und somit inaktivieren. Es werden dadurch keine weiteren Pollenschläuche angelockt und Polyspermie wird verhindert. „Ähnlich der Kortikalreaktion bei Tieren enthält das Netzwerk Endopeptidasen, die nur nach erfolgreicher Befruchtung mit einer Spermazelle ausgeschleust werden und zu einem schnellen Block der Anlockung weiterer Pollenschläuche führt“, erläutert Dr. Andrea Bleckmann, „Indirekt wird durch diese kortikalähnliche Reaktion Polyspermie bei Pflanzen verhindert.“

Quelle: Uni Regensburg

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08. Apr 2021

Lockdown für Genom-Parasiten

Einen ausgeklügelten Mechanismus, mit dem die Integrität eines Genoms bewahrt wird, haben Forscherinnen und Forscher am Wiener Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) vorgestellt. An der Modellpflanze Arabidopsis zeigen sie, was Genome vor Schäden durch „springende Gene“ schützt und wie die Schutzverpackung per „DHL“ kommt. Sie zeigen den molekularen Wirkmechanismus von DDM1, das auf Transposons abzielt, indem es H2A.W bindet, eine Variante des Histons H2A – einer der Bausteine, die die DNA umhüllen und das dicht gepackte Chromatin bilden. Das Team entdeckte, dass die Ablagerung von H2A.W durch DDM1 auf DNA-Regionen, die reich an Transposons sind, nicht nur notwendig, sondern auch ausreichend ist, um das Chromatin zu remodellieren und die Transposons zum Schweigen zu bringen. Ihre Ergebnisse stellen sie  in der Fachzeitschrift Nature Cell Biology vor.

Quelle: GMI

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08. Apr 2021

Mais lockt mit Flavonoid Bodenbakterien an

Inmitten von jungen Maispflanzen: Dr. Peng Yu vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn. Foto und (c): Barbara Frommann

Mais kann spezielle Bodenbakterien anlocken, die ihm im Gegenzug beim Wachstum helfen: „Die von uns untersuchte Hochleistungs-Zuchtlinie 787 enthält in ihrer Wurzel große Mengen des Enzyms Flavon-Synthase 2 - das ein Molekül aus der Gruppe der Flavonoide herstellt und entlässt dies in den Boden“, erklärt Dr. Peng Yu vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn. Im Erdreich sorgen Flavonoide dafür, dass sich ganz spezifische Bakterien um die Wurzeln herum anreichern. Und diese Mikroben wiederum sind die Ursache dafür, dass sich an den Wurzeln mehr Seitenwurzeln ausbilden. „Dadurch kann der Mais unter anderem mehr Stickstoff aus der Umgebung aufnehmen“, erläutert Prof. Dr. Frank Hochholdinger vom Bonner INRES. „Aus diesem Grunde wächst er schneller, vor allem bei knapper Stickstoff-Versorgung.“ Die von den Universitäten Bonn und Southwest China geleitete Studie, an der auch der Kölner Pflanzenforscher Professor Marcel Bucher von CEPLAS (Cluster of Excellence on Plant Sciences) beteiligt war, erschient in der Fachzeitschrift Nature Plants. Die Ergebnisse könnten langfristig zur Züchtung neuer Sorten führen, die mit weniger Dünger auskommen und daher die Umwelt weniger belasten.

Quelle: Uni Bonn

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07. Apr 2021

Schnellerer Sequenzabgleich für den gesamten Baum des Lebens

Ein Forschungsteam hat neue Suchmöglichkeiten entwickelt, die Vergleiche des biochemischen Aufbaus verschiedener Arten in unterschiedlichen Zweigen des Baums des Lebens ermöglichen werden. Die Kombination von Präzision und Geschwindigkeit dieser Techniken war bislang unerreicht. Die Ergebnisse der Forschenden vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen und der Max Planck Computing and Data Facility in Garching erscheinen am 7. April in Nature Methods.

Quelle: MPI für Entwicklungsbiologie

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07. Apr 2021

Biosensor macht Auxin-Homon in Zelle sichtbar

Die Lupe vergrößert die Wurzelspitze des Arabidopsis thaliana-Keimlings: Zellkerne sind mit zunehmender Auxin-Menge von blau über grün und gelb bis rot gefärbt. Das meiste Auxin befindet sich dort, wo die Neigung (Gravitationsvektor) am größten ist. Unten: die chemische Struktur von Auxin. Grafik und (C): S. Shanmugaratnam, A.C. Stiel, M. Kolb

Die Verteilung des wachstumsregulierenden Hormons Auxin zeigt ein neuer Biosensor nun in Echtzeit an. Im Fachjournal Nature zeigen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Visualisierungsinstrument in lebenden Pflanzen, das sie am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen und an der Universität Bayreuth entwickelt haben. Mit dem neuen Werkzeug lässt sich die räumliche und zeitliche Dynamik des Pflanzenhormons darstellen, etwa bei sich verändernden Umwelteinflüssen.

Quellen: Universität Bayreuth  und MPI für Entwicklungsbiologie in Tübingen

06. Apr 2021

USA: Höhere ausgebrachte Toxizität gefährdet Pflanzen und Insekten

Der Pestizideinsatz in der Landwirtschaft belastet zunehmend Krebstiere und Insekten in Gewässern. Foto: Renja Bereswill, Universität Koblenz-Landau

Die Giftigkeit der in der US-Landwirtschaft ausgebrachten Pflanzenschutzmittel hat für Pflanzen und Insekten zugenommen. Das zeigen Forschende der Universität Koblenz-Landau am 2. April in der Fachzeitschrift Science. Diesen Anstieg belegen sie außerdem bei genetisch veränderten Nutzpflanzen, die eigentlich die Pestizidbelastung für die Umwelt reduzieren sollten. „Wir haben umfangreiche Daten über die Anwendung von Pestiziden in den USA ausgewertet, die eingesetzten Pestizidmengen in Bezug zu ihrer Giftigkeit gesetzt und somit eine ‚ausgebrachte Toxizität‘ berechnet“, sagt Umweltwissenschaftler Prof. Dr. Ralf Schulz, Hauptautor der Studie aus Landau. „Dadurch erhalten wir einen ganz neuen Blick auf die möglichen Risiken für Umwelt und Biodiversität, die von der Ausbringung von Pestiziden ausgehen.“

Quelle: Universität Koblenz-Landau

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01. Apr 2021

Biologische Vielfalt für die Landwirtschaft wird unterschiedlich wahrgenommen

Wildpflanzen wie Borretsch bereichern nicht nur das Landschaftsbild, sondern fördern auch bestäubende Insekten. Foto: Niels Hellwig

Um negative Auswirkungen der Landwirtschaft auf die biologische Vielfalt zu minimieren, braucht es biodiversitäts-freundliche Bewirtschaftung. Wissenschaftlich fundierte Handlungsempfehlungen dazu werden aber von der Praxis häufig nicht aufgegriffen. Eine aktuelle Befragung zeigt, dass die einzelnen Akteure die Bedeutung der landwirtschaftlichen Biodiversität, zum Beispiel für die Bestäubung, unterschiedlich wahrnehmen. Die Studie wurde von Dr. Bea Maas von der Universität Wien (Österreich) geleitet und in Zusammenarbeit mit Dr. Anett Richter vom Thünen-Institut für Biodiversität (Braunschweig), Dr. Yvonne Fabian von Agroscope (Zürich, Schweiz) und Dr. Sara Kroos von der Columbia Universität (New York, USA) durchgeführt. Sie ist in der Zeitschrift Biological Conservation veröffentlicht.

Quelle: Johann Heinrich von Thünen-Institut

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31. Mär 2021

Biodiversität kann sich positiv auf mentale Gesundheit auswirken

Je größer die Anzahl an Pflanzen- und Tierarten in einer Region sind, desto gesünder sind die Menschen, die dort wohnen. Die Studie belegt auch eine positive Korrelation zwischen nahegelegenen Parks sowie Grünflächen und mentaler Gesundheit. Foto: Stefan Bernhardt, iDiv

In Regionen mit einer höheren Vielfalt an Pflanzen- und Vogelarten geht es den Menschen, die dort leben, besser. So lassen sich die Ergebnisse einer Studie unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), des Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrums (SBiK-F) und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel zusammenfassen, die im Fachmagazin Landscape and Urban Planning veröffentlicht wurde. Den Forschenden zufolge profitiert insbesondere die mentale Gesundheit von einem größeren Artenreichtum, ein direkter Einfluss auf die physische Gesundheit lässt sich hingegen nicht nachweisen.

Quelle: iDiv

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31. Mär 2021

Bodenfeuchte: ein versteckter Treiber der Kohlenstoffbilanz der Landoberfläche

Wüstenlandschaft im Joshua-Tree-Nationalpark, Kalifornien. Foto: Vincent Humphrey, Caltech, USA

Die Menge an Kohlenstoff, die von den Landökosystemen der Erde aufgenommen wird, schwankt von Jahr zu Jahr. Diese Schwankungen werden in erster Linie durch Veränderungen der Bodenfeuchte angetrieben. Ein internationales Team von Wissenschaftler*innen, darunter Prof. Markus Reichstein und Dr. Martin Jung vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena, fand dies in Modellierungsexperimenten heraus, wie sie im Fachjournal Nature berichten. Überraschenderweise wirkt sich die Bodenfeuchte vor allem indirekt auf die Kohlenstoffaufnahme der Pflanzen und Böden aus, indem sie die bodennahe Temperatur und Luftfeuchtigkeit beeinflusst.

Quelle: MPI für Biogeochemie

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29. Mär 2021

Wie sich Pflanzen an Trockenheit erinnern

Bei Trockenheit wird das Signalmolekül GABA gebildet und hemmt die Öffnung der Blattporen (links). Wird das Enzym GAD2, das Glutamat zu GABA umwandelt, genetisch ausgeschaltet, bleiben die Poren auch bei Trockenheit offen – die Pflanzen verlieren mehr Wasser (Mitte). Schleust man das Gen für GAD2 wieder in die Schließzellen ein, wird der Defekt aufgehoben. Das Experiment zeigt, dass die Schließzellen autonom Stress wahrnehmen und mit GABA-Produktion darauf reagieren. Bild: Rainer Hedrich, Uni Würzburg

Pflanzen benutzen das Signalmolekül GABA (Gamma-Aminobuttersäure), um sich an die Trockenheit eines Tages zu erinnern. Je trockener es ist, umso mehr GABA häuft sich im Lauf des Tages im Pflanzengewebe an. Und am nächsten Morgen entscheidet die GABA-Menge darüber, wie weit die Pflanze ihre Blattporen aufmacht. Die Öffnungsweite dieser Poren kann den Wasserverlust begrenzen, wie ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung des Pflanzenwissenschaftlers und Biophysikers Professor Rainer Hedrich von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg im Fachjournal Nature Communications beschreibt. „Ich erforsche seit über 35 Jahren, wie Pflanzen ihren Wasserhaushalt regulieren. Dass wir jetzt unerwartet auf eine völlig neue Strategie des Wassersparens gestoßen sind, gehört zu den größten Überraschungen in meinem Forscherleben“, sagt Hedrich.

Quelle: Uni Würzburg

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29. Mär 2021

Optogenetik: Neuer enzymatischer Lichtsensor

Violettes Licht stößt im Lichtsensor-Protein switch-Cyclop eine Signalkette an, blaues oder grünes Licht stoppt die Kette. Am Ende wird die Produktion des Signalmoleküls cGMP über das Enzym Guanylyl-Cyclase (GC) reguliert. Grafik: Shiqiang Gao, Universität Würzburg

Aus zwei Rhodopsinen der Alge Chlamydomonas reinhardtii haben Forschende einen neuartigen Lichtsensor konstruiert. Er besitzt enzymatische Aktivität und kann durch zwei unterschiedliche Lichtfarben geschaltet werden. UV-Licht oder violettes Licht führt zur Produktion von cGMP, einem wichtigen Signalmolekül in der Zelle. Ein blauer oder grüner Lichtblitz dagegen stoppt die Produktion des Signalmoleküls. Den neuen optogenetischen Schalter stellen Yuehui Tian, Georg Nagel und Shiqiang Gao von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg in der Fachzeitschrift BMC Biology vor.

Quelle: Uni Würzburg

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26. Mär 2021

Warum blaue Blüten selten sind

Leberblümchen (Hepatica nobilis). Foto: Anke Jentsch

Nur wenige Blütenblätter enthalten blaue Farbpigmente. Ein internationales Forschungsteam hat nun die Gründe dafür untersucht. Eine wichtige Rolle spielen demnach der hohe chemische Aufwand bei der Herstellung blauer Farbstoffe, aber auch unterschiedliche Farbwahrnehmungen der Bestäuber. Für Bienen haben Blautöne einen auffälligeren Anteil an der Farbenpracht der Blüten als für das menschliche Auge. In der Zeitschrift Frontiers in Plant Science stellt das Team um die Bayreuther Ökologin Prof. Dr. Anke Jentsch die Daten vor.

Quelle: Uni Bayreuth

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24. Mär 2021

Effekte des CO2-Anstiegs schon im vergangenen Jahrhundert erkennbar

Das Versuchsfeld von Rothamsted Research in England. Aufnahme und (c): Rothamsted Research, TUM

Der Anstieg der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre und der damit einhergehende Klimawandel hat schon im vergangenen Jahrhundert in Gras-dominierten Grünlandbeständen zu Mindererträgen geführt. Dies zeigen Forschende der Technischen Universität München (TUM), die gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus Rothamsted (U.K.) eine Untersuchung auf Basis des dortigen weltweit ältesten ökologischen Dauerexperiments durchgeführt haben. Die Studie zueigt auch, wie Grünland auf den Klimawandel reagiert. Ihre Ergebnisse publizierte das Team um Hans Schnyder, Professor für Grünlandlehre an der TUM im Fachjournal BMC Biology.

Quelle: TUM

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23. Mär 2021

Drei Pflanzenfossilien zu Ehren Volker Mosbruggers beschrieben

Fossile Pflanzen nach Volker Mosbrugger benannt. Links die Blume Menatanthus mosbruggeri und rechts die 29 Millimeter lange Frucht Halesia mosbruggeri aus dem Miozän. Aufnahmen: Senckenberg (links) und Z. Kvaček (rechts)

Das heute neu erschienene Sonderheft des Senckenberg-Fachjournals Palaeobiodiversity and Palaeoenvironments ist Prof. Dr. Dr. h.c. Volker Mosbrugger gewidmet, welcher nach 15-jähriger Senckenberg-Amtszeit vor Kurzem in den Ruhestand getreten ist. Drei neuentdeckte und in der Publikation erstmalig beschriebene Fossilien – eine Blüte, eine Alge und eine Frucht – wurden nach dem ehemaligen Generaldirektor benannt. Die fossile Blüte aus der französischen Fossillagerstätte Menat mit den etwa 3 Millimeter langen Blütenblättern stammt aus dem Paleozän, ist etwa 56 Millionen Jahre alt und trägt nun den Namen Menatanthus mosbruggeri. Durch die exzellente Erhaltung in einem ehemaligen Maar-See sind auf der Blüte sogar deutlich die Staubgefäße mit den Pollenkörnern zu erkennen, die an heutige Lorbeerrosen (Kalmia) erinnern. Auch eine fossile Alge, die im Nordwesten Bulgariens gefunden wurde, trägt nun den Namen Mosbruggers. Die neue Art Closterium mosbruggeri ist der erste fossile Nachweis dieser Zieralgen-Gattung in Europa und der dritte weltweit. Das längliche Pflanzenfossil ist zwischen 12 und 11 Millionen Jahre alt und kann dazu beitragen die Evolutionsgeschichte der heute weltweit verbreiteten Algengattung besser zu verstehen. Die von Mosbrugger beschriebene, 29 Millimeter lange, Frucht Halesia mosbruggeri stammt aus dem Miozän der Tschechischen Republik und gehört zur Gattung der Schneeglöckchenbäume.

Quelle: Senckenberg

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23. Mär 2021

Wo und wie Pflanzen den Nährstoff Kalium wahrnehmen

Kaliumkonzentration in den Wurzelzellen (Zytosol) unmittelbar nach Einsetzen des Kaliummangels (Zeitreihe v. l.). Darstellung in Falschfarben: rot (höchste Konzentration) > gelb > grün > blau. Aufnahme und (c): AG Kudla, WWU

Ein deutsch-chinesisches Forschungsteam hat erstmals gezeigt, wo und wie Kalium in der Wurzel wahrgenommen wird und welche Signalwege die Anpassung des Wurzelwachstums und der Kaliumaufnahme koordinieren, damit die Kaliumversorgung der Pflanze aufrechterhalten wird. Bislang war nämlich unklar, wie Pflanzen die Verfügbarkeit von Kalium im Boden überhaupt wahrnehmen und welche Mechanismen hinter den Anpassungsreaktionen des pflanzlichen Organismus stecken. Hier bringt die neue Studie mit der Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) Licht ins Dunkel, die in der Fachzeitschrift Developmental Cell erschien. Wie sie u.a. zeigten, reagiert eine bestimmte Zellgruppe zentral innerhalb der Wurzelspitze auf den Kaliummangel in der Umgebung. „Nimmt man den Pflanzen das Kalium weg, reagieren nur die Zellen der Kalium-sensitiven Nische; die Kaliumkonzentration in den übrigen Wurzelzellen ändert sich nicht", sagt Prof. Dr. Jörg Kudla vom Institut für Biologie und Biotechnologie der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster. Bisher hatte man angenommen, dass natürlicherweise die Zellen der äußersten Zellschicht, der Epidermis, zuerst auf die Verminderung der Kaliumkonzentration im Boden reagieren würden.

Quelle: WWU

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23. Mär 2021

Kurzlebige Pflanzenarten reagieren empfindlicher auf Klimawandel

Pflanzenarten mit kurzer Generationsdauer sind durch die Folgen des Klimawandels vermutlich stärker bedroht als langlebige Arten. Dies ist eines der Ergebnisse einer Studie von Forschenden des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ). Das internationale Team erfasste erstmals weltweit verfügbare Daten, vornehmlich aus Europa und Nordamerika, zur Frage, wie Pflanzenpopulationen auf Klimaänderungen reagieren. Die in Nature Communications veröffentlichte Studie zeigt, dass Pflanzenmerkmale wie die Generationsdauer Vorhersagen zu Klimaanfälligkeit ermöglichen. Diese Erkenntnis kann helfen zu bewerten, welche Pflanzenarten vorrangig geschützt werden sollten.

Quelle: iDiv

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22. Mär 2021

CRISPR/Cas: Forschende schalten bis zu 12 Gene auf einmal aus

In der Arbeit nutzten die Forschenden Marker, um verschiedene Pflanzensamen voneinander zu unterscheiden. Mit bloßem Auge lässt sich kein Unterschied erkennen (links). Unter UV-Licht erscheinen transgene Samen jedoch rot, nicht-transgene grün (rechts). Aufnahmen: Jessica Lee Erickson

Viele Mutationen auf einen Streich: Mit Hilfe einer verbesserten Variante der Gen-Schere CRISPR/Cas9 lassen sich in Pflanzen bis zu zwölf Gene auf einmal ausschalten. Bislang war das nur für einzelne Gene oder kleine Gruppen möglich. Entwickelt haben den neuen Ansatz von Forschende der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Mit der Methode lässt sich das Zusammenspiel verschiedener Gene besser erforschen. Die Studie haben sie im Februar in der Fachzeitschrift The Plant Journal publiziert und heute der Öffentlichkeit vorgestellt.

Quelle: MLU

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19. Mär 2021

Kommunikationslücken bei landwirtschaftlicher Biodiversität

Um negative Auswirkungen der Landwirtschaft auf die biologische Vielfalt und damit verbundene Ökosystemleistungen zu minimieren braucht es "Biodiversitäts-freundliche" Bewirtschaftung. Warum aber werden diese wissenschaftlichen Ergebnisse selten in die landwirtschaftliche Praxis umgesetzt? Laut einer aktuellen Befragung europäischer Wissenschafter*innen und Landwirt*innen liegt dies vor allem an Wissens- und Kommunikationslücken zwischen Forschung und Praxis. Die Studie wurde von Bea Maas von der Universität Wien geleitet und in der Zeitschrift Biological Conservation veröffentlicht.

Quelle: Uni Wien

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19. Mär 2021

Dürren in Deutschland könnten extremer werden

Niedrigwasser der Elbe in Dresden. Foto: André Künzelmann, UFZ

Zukünftig könnten Dürren noch stärker ausfallen, als dies im Jahr 2018 in Teilen Deutschlands der Fall war. Die Analyse von Klimadaten des letzten Jahrtausends zeigt, dass mehrere Faktoren zusammenkommen müssen, damit eine Megadürre auftritt. Neben steigenden Temperaturen sind das die Sonneneinstrahlung sowie bestimmte Wetterlagen und Strömungsverhältnisse im Nordatlantik, wie sie für die Zukunft prognostiziert werden. Das berichten Forschende unter Leitung des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) jetzt im Fachmagazin Communications Earth & Environment.

Quelle: AWI

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18. Mär 2021

Schlüssel zum umfassenden Gen-Pool des Roggen

Roggen wurde erst vor 5.000 bis 6.000 Jahren zu einer reinen Kulturart. Foto: KWS Lochow GmbH (2020), IPK

Roggen ist eine ausgesprochen klimaresistente Getreidepflanze, die eine erhebliche Bedeutung für Deutschland und Nordosteuropa hat. Trotz seines großen und komplexen Genoms ist es einem internationalen Forschungsteam unter Führung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) nun gelungen, das Genom von Roggen vollständig zu entschlüsseln. Die Daten wurden in zwei Artikeln im Fachjournal Nature Genetics publiziert (DOI: 10.1038/s41588-021-00807-0 und 10.1038/s41588-021-00808-z) und sind frei zugänglich. „Die im weltweiten Maßstab vergleichsweise geringe wirtschaftliche Bedeutung in Verbindung mit der großen Komplexität des Genoms haben dazu geführt, dass Roggen international weniger im Fokus der Wissenschaft gestanden hat und sein Erbgut somit erst verspätet entschlüsselt werden konnte“, erklärt Prof. Dr. Nils Stein, Leiter der Arbeitsgruppe Genomik Genetischer Ressourcen am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) und Inhaber einer Brückenprofessur an der Universität Göttingen. Dabei birgt die genetische Vielfalt des Roggen vielfältige Potenziale für die Züchtung.

Quelle: IPK (pdf)

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18. Mär 2021

Ertrag von Nutzpflanzen durch Cytokinin-Abbau steuerbar

An den Rapspflanzen im Gewächshaus der FU Berlin wird die Übertragung von Erkenntnissen der Grundlagenforschung in die Anwendung überprüft. Foto: Dr. Ireen Schwarz

Durch den Abbau des Pflanzenhormons Cytokinin kann der Ertrag von Nutzpflanzen erhöht werden. So gelang einem Forschungsteam durch gezielte Veränderungen von Genen, welche für den Abbau von Cytokinin zuständig sind, die Bildung von Blüten und Schoten bei Raps anzuregen. Dies erhöhte auch das Samengewicht der Ölpflanze. Die Bedeutung der Ertragsgene beim Raps müsste dem Forschungsteam zufolge nun in weiteren Feldversuchen überprüft werden. Ihre Identifizierung könnte auch für die Züchtung von Getreidepflanzen von Bedeutung sein, denn diese verfügen über die gleichen evolutionär konservierten Gene wie Raps. Die Ergebnisse der BMBF-geförderten Studie „SEEDS“ publizierte das Team der Freien Universität Berlin unter der Leitung des Biologen Prof. Dr. Thomas Schmülling in der Fachzeitschrift Journal of Experimental Botany. Erstautorin ist die wissenschaftliche Mitarbeiterin Dr. Ireen Schwarz.

Quelle: FU Berlin

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17. Mär 2021

Neue Methode zur Genom-Assemblierung bei Gerste

Bei der Gerste besteht das Genom aus ungefähr fünf Milliarden Nukleotiden. Foto: Eva Siebenhühner, IPK

Die Genome der Individuen einer Art unterscheiden sich von einander, sodass wir viel über genetische Diversität unserer Kulturpflanzen lernen können, wenn wir ihre Genome vergleichen. Forscher, die viele Genome untersuchen, benötigen allerdings eine schnelle und zuverlässige Methode für die Sequenzassemblierung. Ein internationales Forschungsteam unter Führung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) hat nun eine neue Methode der DNA-Sequenzierung untersucht. Die Ergebnisse, die jetzt im Magazin The Plant Cell veröffentlicht wurden, sind dabei sehr vielversprechend. Die Wissenschaftler hoffen nun, die Methode künftig auch für die Assemblierung weiterer Gersten-Genome nutzen zu können.

Quelle: IPK (pdf)

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17. Mär 2021

Künstliches Licht beeinflusst die Pflanzenbestäubung auch am Tag

Künstliches Licht in der Nacht verändert die Anzahl der Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen auch tagsüber. Foto: UZH / Agroscope

Strassenlaternen verändern die Anzahl der Blütenbesuche von Insekten nicht nur nachts, sondern auch tagsüber. Künstliches Licht in der Nacht beeinflusst somit indirekt die gesamte Gemeinschaft von Bestäubern und Pflanzen – mit unbekannten Folgen für das Ökosystem, wie Forschende von Universität Zürich (UZH) und Agroscope erstmals nachweisen. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Nature Communications.

Quelle: UZH

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17. Mär 2021

Photosynthese-Anpassung an unberechenbare Klimabedingungen

Die Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf die Mittagsblumen-Gattung Drosanthemum, wie hier eine Drosanthemum wittebergensis am Swartbergpass in Südafrika. Foto: H.E.K. Hartmann

In trockenen Gebieten verlegen einige Pflanzen Aufnahme von CO2 in die Nacht, damit sie tagsüber ihre Spaltöffnungen geschlossen halten und die Verdunstung von Wasser verringern können. In welchem Umfang Pflanzen die fakultative CAM-Photosynthese für ihren Energiehaushalt nutzen, hängt auch von der Unregelmäßigkeit der Niederschläge ab, zeigen Forschende der Universität Bayreuth, der Universität Hohenheim und der Stellenbosch University in Südafrika nun in der Zeitschrift New Phytologist. Bisher war bekannt, dass eine geringe jährliche Niederschlagsmenge Pflanzen dazu veranlasst, die Aufnahme von CO2 teilweise auf die Nachtstunden zu verschieben. Aber auch die zunehmende Unberechenbarkeit der Wasserversorgung in einigen Gebieten, wie etwa dem südlichen Namibia, führt zu einem Anstieg der CAM-Photosynthese: Arten, die aus Gebieten mit regelmäßigeren Niederschlägen stammen und bisher nur im Tageslicht Photosynthese betrieben haben, steigen teilweise auf CAM-Photosynthese um, wenn sie in Gebiete mit unberechenbarem Niederschlag vordringen. Diese neuen Erkenntnisse haben die Forscher*innen bei vergleichenden Untersuchungen an Mittagsblumengewächsen (Aizoaceae) gewonnen, die in Küstenregionen Südafrikas und Namibias heimisch sind.

Quelle: Uni Bayreuth

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16. Mär 2021

Ältester Palmfarn weltweit

Mit 280 Millionen Jahren ist das Stück das älteste anatomisch erhaltene Fossil einer Pflanze aus der Ordnung der Cycadales. Foto: Senckenberg

Forschende haben das weltweit älteste anatomisch erhaltene Fossil eines Palmfarns aus der „Irati Formation“ in Brasilien beschrieben. Der etwa 280 Millionen Jahre alte baumförmige Stamm ist ein Hinweis, dass diese Samenpflanzen sehr viel früher weltweit verbreitet waren, als es bislang angenommen wurde. „Unsere neueste Entdeckung zeigt, dass diese Pflanzen schon vor 280 Millionen weiter verbreitetet waren, als bisher vermutet“, erklärt Rafael Spiekermann, Doktorand am Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt. Die Studie der Wissenschaftler*innen von Senckenberg und brasilianischer Universitäten erschien im Fachjournal Review of Palaeobotany and Palynology

Quelle: Senckenberg

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15. Mär 2021

Eichen zeigen: Europa erlebt seit 2015 die schlimmste Sommer-Trockenperiode der letzten zwei Jahrtausende

Sommertrockenheit der vergangenen 2100 Jahre. Grafik und (c): Ulf Büntgen, Uni Mainz

Die Trockenheit der vergangenen Sommer war in Europa schlimmer als je zuvor in den letzten 2100 Jahren. Zu diesem Ergebnis kommt eine neue Studie, die ein internationales Forschungsteam erstellt hat. Das Team untersuchte den chemischen Fingerabdruck von europäischen Eichen, um das Sommerklima während 2110 Jahren zu rekonstruieren. Demnach bestand ein langfristiger Trend zur Trockenheit, aber seit 2015 hat sich die Dürresituation plötzlich verschärft – weit heftiger als in den 2000 Jahren zuvor. Diese Abweichung ist vermutlich das Ergebnis des vom Menschen verursachten Klimawandels und den damit verbundenen Veränderungen des Jetstreams in der Atmosphäre. Die Ergebnisse der Studie von Forschenden der Johannes Gutenberg-Universität Mainz wurden in dem Fachjournal Nature Geoscience veröffentlicht.

Quelle: JGU

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12. Mär 2021

Beziehungsstatus: komplex

Zwei aktuelle, gleichzeitig publizierte Arbeiten eines internationalen Forscherteams liefern neue Erkenntnisse über Immunantworten von Pflanzen auf Bakterien. Die beiden Artikel verändern grundlegend die Art und Weise, wie die Wissenschaft bisher die Beziehung einer bakteriellen Antigenkomponente zu ihrem pflanzlichen Immunrezeptor betrachtet hat. Die in der Zeitschrift Cell Host & Microbe veröffentlichten Arbeiten (https://doi.org/10.1016/j.chom.2021.02.008 und https://doi.org/10.1016/j.chom.2021.02.006) decken einen koevolutionären Mechanismus zwischen Bakterien und Pflanzen auf und erklären auch komplexe Immunantwortmuster, die in freier Wildbahn beobachtet werden. Beteiligt waren Forscherinnen und Forscher des Wiener Gregor Mendel Instituts für molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (GMI), der University of North Carolina at Chapel Hill (UNC-Chapel Hill) und des Howard Hughes Medical Institute (HHMI) (beide USA).

Quelle: GMI

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11. Mär 2021

47 Millionen Jahre alter Pollen im Bauch einer Fliege

Im Körper der fossilen Fliege befinden sich Massen von Pollen: Aufwölbung rechts im 3D-Relief rot sichtbar gemacht, links gelb die Probenahmestellen. Quelle: Senckenberg

Ein internationales Team von Wissenschaftler*innen um Fridgeir Grímsson von der Universität Wien sowie Erstautorin Sonja Wedmann von Senckenberg hat eine bisher unbekannten fossile Fliegenart gefunden, die aus alten Seesedimenten der Grube Messel stammen, einem UNESCO-Weltkulturerbe in Deutschland. Im Magen des fossilen Insekts wiesen die Forscher*innen Pollen von verschiedenen Pflanzen nach, die seltene Einblicke in das Fressverhalten, die damalige Ökologie und die Rolle der Fliege als Bestäuberin ermöglichen. Die am häufigsten im Bauch vorkommenden Pollen stammten von Decodon (Wasserweide) und Parthenocissus (Wilder Wein oder Jungfernrebe). Die Studie publizierte das Team in der Fachzeitschrift Current Biology.

Quelle: Uni Wien

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09. Mär 2021

Welches Molekül Wachstumsprozesse zugunsten der Schädlingsabwehr vermindert

Der MEP-Stoffwechselweg wird durch Fraßschaden verlangsamt. Grafik: Kimberly Falk, Moves Like Nature

Pflanzen der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana bilden bei Schädlingsbefall Beta-Cyclocitral. Dieses flüchtige Signalmolekül verstärkt die Verteidigung während es die Bildung wachstumsrelevanter Stoffe hemmt, indem es den MEP-Stoffwechselweg verlangsamt. Das berichten Forschende vom Jenaer Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in der Fachzeitschrift PNAS. Da der Methylerythritol-4-Phosphat-Weg (MEP) nur in Pflanzen und Mikroorganismen vorkommt, nicht aber in Tieren, eröffnen Kenntnisse über ein Signalmolekül wie Beta-Cyclocitral neue Möglichkeiten zur Entwicklung von Pflanzenschutzmitteln oder antimikrobiellen Wirkstoffen, die diesen Signalweg blockieren.

Quelle: MPI für chemische Ökologie

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08. Mär 2021

Wasser-Management entscheidend für Bioenergie-Anbau zum Klimaschutz

Damit Wasser nicht noch knapper wird, als es ohnehin vielerorts ist, ist bei Biomasseplantagen nachhaltiges Wassermanagement nötig. Dies zeigt eine neue Studie. Wenn der Anbau von Pflanzen für die Energiegewinnung in Kraftwerken mit unterirdischer Speicherung des CO2 aus den Abgasen kombiniert wird, gilt er oft als eine der Möglichkeiten, Treibhausgasemissionen zu reduzieren und die Pariser Klimaziele zu erreichen. Doch der Anbau von Bioenergieplantagen im großen Stil benötigt weltweit nicht nur viel Land, sondern auch erhebliche Mengen an Wasser für die Bewässerung – was im Widerspruch mit der Einhaltung der Planetaren Belastungsgrenzen stehen kann. Forschende u.a. des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) berechneten nun in den bisher detailliertesten Computersimulationen, wie viel zusätzlicher Wasserstress für die Bevölkerung weltweit in einem Szenario mit konventioneller Bewässerung und einem mit nachhaltiger Wassernutzung entstehen könnte. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Nature Climate Change.

Quelle: PIK

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02. Mär 2021

Artenspürhunde eignen auch für die Suche nach Pflanzen

Annegret Grimm-Seyfarth mit Artenspürhund „Zammy“, einem Border Collie. Foto: André Künzelmann, UFZ

Häufig lässt sich nur schwer herausfinden, wo genau die einzelnen Arten noch vorkommen und wie sich ihre Bestände entwickeln. Speziell ausgebildete Artenspürhunde können in solchen Fällen eine wertvolle Hilfe sein, zeigt eine neue Übersichtsstudie. Mithilfe der vierbeinigen Helfer lassen sich die gesuchten Arten meist schneller und effektiver finden als mit anderen Methoden, berichten Dr. Annegret Grimm-Seyfarth vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) und ihre Kolleginnen im Fachjournal Methods in Ecology and Evolution. Die meisten Hunde erschnüffelten demzufolge andere Tiere. Doch auch 42 Pflanzen-, 26 Pilz- und 6 Bakterienarten, haben die Hunde aufgespürt, etwa invasive Pflanzen wie Staudenknöterich und Ambrosia. „Im Prinzip kann man alle Hunderassen für solche Aufgaben ausbilden“, sagt Annegret Grimm-Seyfarth. „Nur ist das bei manchen eventuell aufwendiger als bei anderen.“

Quelle: UFZ

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02. Mär 2021

Reis-Variante trotzt Arsen-Akkumulation

Reispflanze astol1. Foto: Sheng-Kai Sun, Nature Communications

Der landwirtschaftliche Anbau des Grundnahrungsmittels Reis birgt das Risiko einer möglichen Belastung mit Arsen, das über die Wurzeln in die Körner gelangen kann. Ein deutsch-chinesisches Forschungskonsortium unter der Leitung von Prof. Dr. Rüdiger Hell von der Universität Heidelberg und Prof. Dr. Fang-Jie Zhao von der Landwirtschaftlichen Universität Nanjing hat nun bei der Untersuchung von über 4.000 Reisvarianten eine Pflanze entdeckt, die dem Giftstoff trotzt. Obwohl sie auf arsenbelasteten Feldern gedeiht, enthalten ihre Körner dennoch deutlich weniger Arsen als andere Reispflanzen. Zugleich verfügt diese Variante über einen hohen Anteil des Spurenelements Selen, wie das Konsortium in der Fachzeitschrift Nature Communications berichtet. Was diese Reisvariante mit dem Namen astol1 biologisch auszeichnet, ist eine Punktmutation in nur einem Protein: „Dieses Protein ist Teil eines Sensor-Komplexes und kontrolliert die Bildung der Aminosäure Cystein, die ein wichtiger Grundstoff für die Herstellung von Phytochelatinen ist. Diese Substanzen besitzen eine entgiftende Wirkung und werden von Pflanzen als Reaktion auf Schadstoffe gebildet, um diese zu neutralisieren“, erklärt Prof. Hell.

Quelle: Uni Heidelberg

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02. Mär 2021

Blühflächen und Biodiversität in Agrarlandschaften

Bei der Artenvielfalt spielt das Alter der Blühfläche eine wichtige Rolle. Hier ein junges Habitat. Foto: Fabian Bötzl. JMU

Die Artenvielfalt von Blühflächen, die im Rahmen von Agrarumweltprogrammen angelegt werden, haben Forschende aus der Würzburger Biologie in einer ungewöhnlich breiten Studie untersucht. grarumweltprogramme auf Bundesland- bis EU-Ebene versuchen dem Biodiversitätsverlust entgegen zu wirken. Geförderte Maßnahmen sind u.a. Blühflächen. „Allerdings weiß man bislang nicht genau, ob und in welchem Maß diese Habitate den gewünschten Effekt auf die Biodiversität haben“, sagt Professor Ingolf Steffan-Dewenter der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU). Um hier mehr Klarheit zu schaffen, startete er im Jahr 2016 eine großangelegte Feldstudie über die Artenzusammensetzung unterschiedlicher Blühflächentypen in landwirtschaftlich geprägten Räumen im nördlichen Unterfranken. Als Vergleichsmaßstab zogen sie die in dieser Region vorkommenden, naturnahen Kalkmagerrasen heran, die unter Naturschutz stehen. Insgesamt zwölf taxonomische Gruppen wurden untersucht – von Gefäßpflanzen über Zikaden, Bienen, Fliegen, Schmetterlingen und Käfern bis hin zu Vögeln. Bei der Auswertung zeigte sich, dass mit der zeitlichen Kontinuität der Habitate in den meisten taxonomischen Gruppen die Diversität zunimmt. Die Ergebnisse sind jetzt in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht. Fazit: Es gibt keinen idealen Blühflächentyp, der alle Arten gleich gut unterstützt. Will man möglichst alle in Frage kommenden Tier- und Pflanzenarten schützen, empfehlen sich in der Agrarlandschaft gut verteilte Blühflächen mit unterschiedlichem Alter.

Quelle: JMU

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01. Mär 2021

Wie Pflanzen das polare Wachstum regulieren

Keimlinge, die mit dem Auxin-Fluss hemmenden Stoff NPA behandelt wurden. Foto und (c): U. Hammes, TUM

Der Pflanzenspross wächst zum Licht und Wurzeln wachsen in den Boden. Wie die molekularen Mechanismen funktionieren, die diese Prozesse über das Hormnon Auxin steuern, hat ein Team der Technischen Universität München (TUM) in Zusammenarbeit mit zwei Wiener Arbeitsgruppen Anfang Januar im Fachjournal PNAS genauer vorgestellt und dazu die Wirkungsweise des Stoffes Naptalam (NPA) - das den gerichteten Auxin-Fluss hemmt - geschildert. „Wir können jetzt den molekularen Mechanismus, mit dem polares Wachstum der Pflanzen pharmakologisch gestört werden kann, eindeutig erklären“, resümiert PD Dr. Ulrich Hammes von der Technischen Universität München (TUM). Die Wiener Arbeitsgruppen in Wien konnten zeigen, dass NPA die Transporter nicht nur bindet, sondern auch verhindert, dass die Transporter aneinander binden können. „Dieser Mechanismus des Aneinanderbindens scheint bei der Familie von Auxintransportern universell zu gelten, da wir den Effekt in allen untersuchten Transportern beobachten konnten“, sagt Martina Kolb, Erstautorin der Studie aus Wien.

Quelle: TU München

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23. Feb 2021

Klimawandel gefährdet den europäischen Wald

Durch Borkenkäfer befallene und getötete Fichten in der Triglav Region Sloweniens im Jahr 2020. Foto: Dr. Henrik Hartmann

In den letzten Jahren haben die europäischen Wälder stark unter den extremen Klimabedingungen und deren Folgen gelitten. Weit mehr als die Hälfte der europäischen Walder ist potenziell durch Windwurf, Waldbrand, Insektenplage oder einer Kombination daraus gefährdet. Das ist das Ergebnis einer Studie eines internationalen Forschungsteams unter Beteiligung von Dr. Henrik Hartmann vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie. Unter Verwendung von Satellitendaten und künstlicher Intelligenz untersuchten sie die Anfälligkeit gegenüber Störungen im Zeitraum zwischen 1979 und 2018. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Nature Communications.

Quelle: MPI für Biogeochemie

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22. Feb 2021

Klima-Wirkung auf Pflanzen mitunter erst nach Jahren sichtbar

Die Auswirkungen von Klimaelementen wie Temperatur und Niederschlag auf die Pflanzenwelt werden möglicherweise erst Jahre später sichtbar. Dies ist ein zentrales Ergebnis einer Studie unter Leitung des Deutschen Zentrums für Biodiversitätsforschung (iDiv), der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), die am 16. Februar im Fachmagazin Global Change Biology veröffentlicht und heute der Öffentlichkeit vorgestellt wurde. Demnach könnten klimatische Elemente langfristig einen stärkeren Einfluss auf das Überleben, das Wachstum und die Vermehrung von Pflanzen haben als frühere Studien nahelegen.

Quelle: iDiv

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19. Feb 2021

Süße Algen-Partikel widerstehen hungrigen Bakterien

Diese hochauflösende Airyscan Aufnahme zeigt das Fucose enthaltende sulfierte Polysaccharid (FCSP, sichtbar in Grün) rund um die Zellen der kettenbildenden Kieselalge Chaetoceros socialis und ihrer Nadeln. Aufnahme: Silvia Vidal-Melgosa, MPI für Marine Mikrobiologie

Eher süß als salzig: Mikroalgen im Meer produzieren jede Menge Zucker während der Algenblüten. Diese enormen Mengen an Biomasse werden normalerweise durch marine Bakterien sehr schnell recycelt – ein Abbauprozess, der einen wichtigen Teil des globalen Kohlenstoffkreislaufs ausmacht. Besonders Zucker galt lange als leckere, leicht verdauliche Speise für hungrige Mikroben und deshalb als wenig geeignet für die natürliche Speicherung von Kohlenstoff. Forschende vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen haben aber nun entdeckt: Es gibt einen Zucker in Algen, der dem mikrobiellen Abbau widersteht und so deutlich mehr Kohlenstoff in die Tiefsee transportieren könnte als bisher angenommen, wie sie im Fachmagazin Nature Communications berichten.

Quelle: MPI für Marine Mikrobiologie

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18. Feb 2021

Wein profitiert vom gleichzeitigen Anbau mit Oregano und Thymian

Thymian blüht unter den Reben. Foto: Universität Trier

Drei Jahre lang haben Forschende der Universität Trier versuchsweise Thymian und Oregano unter Rebstöcke an der Saar angebaut, um Erosion zu vermeiden, die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten sowie den Ausstoß von Treibhausgasen zu minimieren. Zwar konnte das Forschungsprojekt eine Konkurrenz zwischen den Kräutern und den Reben hinsichtlich Wasser und Nährstoffen feststellen. Zwar wurde durch den Anbau aromatischer Kräuter die Produktivität der Reben geringfügig reduziert, aber dieser leicht negative Effekt wird durch die klare Verbesserung der Mostqualität ausgeglichen. Durch einen hohen Öchslegrad und den richtigen Säuregehalt sind die Grundvoraussetzungen für einen sehr guten Wein. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Agriculture.

Quelle: Uni Trier

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18. Feb 2021

42.000 Jahre alte sub-fossile Bäume ermöglichen genauere Analyse der letzten Umpolung des Erdmagnetfelds

Alter Kauri-Baum aus Ngawha, Neuseeland. Foto: Nelson Parker

Vor 42.000 Jahren fand die letzte vollständige Umpolung des Erdmagnetfeldes statt, das sogenannte Laschamps-Ereignis. Radiokarbon-Analysen der Überreste von Kauri-Bäumen aus Neuseeland ermöglichen nun erstmals eine genaue zeitliche Einordnung und Analyse dieses Ereignisses und der damit verbundenen Effekte, sowie die Kalibrierung geologischer Archive wie Sediment- und Eisbohrkerne aus dieser Zeit. Darauf basierende Simulationen ergeben, dass die starke Reduktion des Magnetfeldes erhebliche Auswirkungen in der Erdatmosphäre hatte. Kauri-Bäume können mehrere tausend Jahre alt werden und zeichnen während ihres Wachstums jährliche Variationen des atmosphärischen Radiokarbongehalts auf, welche das Forschungsteam präzise gemessen hat. Die Ergebnisse zeigt ein internationales Team um Chris Turney von der Australischen University of New South Wales, unter Beteiligung von Norbert Nowaczyk vom Deutschen GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) und Florian Adolphi vom Alfred-Wegener-Institut in einer Studie, die jetzt im Fachmagazin Science erscheint.

Quelle: GFZ

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16. Feb 2021

Resilienz im pflanzlichen Immunsystem

Lennart Mohnike sammelt Blattmaterial von bakteriell infizierten Pflanzen. Foto: Philipp William Niemeyer, Uni Göttingen

Wie bauen Pflanzen eine Resilienz auf? Ein internationales Forschungsteam hat die molekularen Mechanismen des pflanzlichen Immunsystems untersucht. Das Team des 2016 gegründeten Internationalen Graduiertenkollegs „PRoTECT“ konnte einen Zusammenhang zwischen einem relativ unbekannten Gen und der Resistenz der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) gegenüber Krankheitserregern aufzeigen. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift The Plant Cell erschienen. „Uns ist es gelungen, den molekularen Zusammenhang zwischen dem Genprodukt und der Inaktivierung der Säuren bei normalem Pflanzenwachstum zu entschlüsseln“, resümiert Prof. Dr. Ivo Feußner vom Göttinger Zentrum für Molekulare Biowissenschaften. „Die grundlegenden Ergebnisse können damit Züchterinnen und Züchtern dienen, weniger anfällige Pflanzen zu isolieren“, sagt Lennart Mohnike, Erstautor der Studie, „dies bietet einen wichtigen Lösungsansatz zur Erhöhung der Nahrungsmittelsicherheit und könnte einen reduzierten Pestizidgebrauch zur Folge haben“.

Quelle: Uni Göttingen

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16. Feb 2021

Optogenetische Kontrolle des Pflanzenwachstums

Erfolg mit zwei zusätzlichen Genen: Normalerweise wachsen Pollenschläuche in Richtung Eizelle. Bei genetisch veränderten Zellen ändert sich die Wachstumsrichtung je nach Lichteinfall. Grafik: Kai Konrad

Dem Team um Professor Georg Nagel, Mitbegründer der Optogenetik, Dr. Shiqiang Gao und Dr. Kai Konrad der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) ist es gelungen, optogenetische Verfahren in Tabakpflanzen anzuwenden. Vitamin-A (all-trans-Retinal) wird nun in Tabakpflanzen mittels eines eingebrachten Enzyms aus einem marinen Bakterium produziert, was einen verbesserten Einbau von Rhodopsin in die Zellmembran ermöglicht. Der Einbau in Pflanzen erlaubt nun erstmals eine nicht-invasive Manipulation von intakten Pflanzen oder ausgewählten Zellen durch Licht über das sogenannte Anionenkanal-Rhodopsin GtACR1. Die Ergebnisse ihrer Arbeit stellen sie in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Plants vor.

Quelle: Uni Würzburg

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15. Feb 2021

Membran-Lipide steuern Zellwachstum entscheidend mit

Ein Pollenschlauch, der aus einem Pollenkorn wächst (Grün: Enzym, das für die Produktion des Lipids verantwortlich ist, welches das Zellwachstum beeinflusst, Magenta: Zytoskelett). Aufnahme: Marta Fratini

Manche Lipide haben neben dieser strukturellen Funktion aber auch regulatorische Wirkungen und üben entscheidenden Einfluss auf das Wachstum von Zellen aus. Das zeigen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in einer Studie, die sie in The Plant Cell veröffentlicht haben. Die Wirkung hängt insbesondere davon ab, wie diese Lipide auf der Zellmembran verteilt sind, schreibt das Team um Prof. Dr. Ingo Heilmann, Leiter der Abteilung Pflanzenbiochemie an der MLU, über ihre an Pollenschläuchen gewonnenen Ergebnisse. Das Phospholipid mit dem Namen Phosphatidylinositol 4,5-Bisphosphat ("PIP2") ist "entweder diffus und ohne erkennbares Muster über die gesamte Spitze des Pollenschlauchs verteilt oder in dynamischen kleinen Nanodomänen konzentriert", erklärt Dr. Marta Fratini, Erstautorin der Studie. "Soweit ich weiß, führt unsere Untersuchung zum ersten Mal die regulatorische Funktion eines Lipids auf seine räumliche Verteilung in der Membran zurück", resümiert Heilmann.

Quelle: MLU

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15. Feb 2021

Evolution der Getreideähren

Frühes Entwicklungsstadium der Ähre in einer „intermedium-m (int-m)“-Mutante in Gerste. Grün markiert ist das Meristem der Hüllspelze, das ein endständiges Blütchen umschließt. Aufnahme: Jinshun Zhong, HHU

Forschende entdeckten verschiedene Mutanten der Gerste, die weizenähnliche Ähren aufweisen. In der Fachzeitschrift PNAS stellt das Forschungsteam um Prof. Dr. Maria von Korff Schmising von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) mit dem Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln die Funktion eines Gens vor, das für die Unterschiede der verschiedenen Ährenformen von Weizen und Gerste mitverantwortlich ist. Dieses Gen kontrolliert die Aktivität der Ähren- und Blütchenmeristeme und damit die Anzahl der Blütchen und Körner pro Ähre. Die Mitgliedern des Exzellenzclusters CEPLAS identifizierten zwei Gerstenmutanten mit den Namen „intermedium-m“ und „double seed 1“, die eine weizenähnliche Ährenform mit einem terminalen Blütchen – hier endet die Ähre, weil das Meristem aufgebraucht ist – und einer reduzierten Anzahl von Seitenblütchen pro Ähre bilden. Dabei trägt das Gen INT-M/DUB1 dazu bei, dass die Meristemidentität aufrechterhalten und die Differenzierung der Meristeme unterdrückt werden. So bleibt die Fähigkeit des Ährenmeristems erhalten, an den Seiten weiter Blütchenmeristeme zu bilden.

Quelle: HHU

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12. Feb 2021

Nanokugeln zum Kräftemessen mit Zellmotoren

Ein Video bei YouTube veranschaulicht wie der Kinesin-Motor ein Vesikel an einem Mikrotubulus entlang bewegt. Video: Erik Schäffer Lab bei YouTube. Um das Video zu aktivieren, klicken Sie bitte auf das Bild. Wir weisen Sie darauf hin, dass durch den Start des Videos Daten an YouTube übermittelt werden.

Wie das Motorprotein Kinesin nano-Schritte macht und mechanisch funktioniert, haben Forschende im Fachmagazin Science dargelegt. Das Team um Professor Erik Schäffer von der Universität Tübingen verfolgt mit eigens dazu entwickelten Spezialmikroskopen, „optischen Pinzetten“, wie die molekularen Maschinen ihre Arbeit verrichten. Diese Technologie hat sein Team am Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP) nun weiter verfeinert. Mit höher auflösenden, speziellen Sonden, den Germanium-Nanokugeln, lassen sich sowohl Bewegungen als auch die Kräfte eines Motorproteins messen. Ein Video dazu hat das Team auf YouTube veröffentlicht.

Quelle: Uni Tübingen

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12. Feb 2021

Hypericin aus Johanniskraut als grüner Katalysator

Die Blüten des Johanniskrauts (Hypericum perforatum) haben nicht nur heilende, sondern auch katalytische Wirkung. Foto: Julia Naumann

Ein interdisziplinäres Team aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Biologie und der Anorganischen Chemie der TU Dresden hat in einem aktuellen Projekt erstmals getrocknete Blüten des Johanniskrautes (Gattung Hypericum) als aktiven Katalysator in verschiedenen photochemischen Reaktionen eingesetzt. Der Pflanzeninhaltstoff Hypericin, ein Sekundärmetabolit aus dem Johanniskraut, wird als die aktive Verbindung in chemischen Reaktionen genutzt, ohne dass er vorher chemisch aufbereitet werden muss. Dieses konzeptionell neue und nachhaltige Verfahren des Teams um Botaniker Prof. Stefan Wanke und Chemiker Prof. Jan. J. Weigand wurde als deutsches Patent angemeldet und in der Fachzeitschrift Green Chemistry vorgestellt.

Quelle: TU Dresden

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09. Feb 2021

Ökologische Interaktion als Treiber der Evolution

Die Raupen der Schwalbenschwanz-Schmetterlinge fressen Pflanzen aus der Gruppe der Apiaceae, zu denen etwa Karotten, Sellerie oder Fenchel zählen, und die Toxine enthalten. Foto: Fabien L. Condamine

Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Botanikers Prof. Stefan Wanke von der TU Dresden hat in einer Studie, die Entstehung der Mega-Diversität pflanzenfressender Insekten untersucht. Diese machen ein Viertel der terrestrischen Vielfalt aus. Die Ergebnisse der Studie wurden Mitte Januar in der internationalen Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht und heute der Öffentlichkeit vorgestellt. Darin zeigen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, dass der evolutionäre Erfolg von Insekten mit wiederkehrenden Veränderungen der Wirtspflanzen zusammenhängen könnte.

Quelle: TU Dresden

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09. Feb 2021

Wie Bakterien die Anzucht von Teakbäumen in Afrika erleichtern

Ein Team der Universität Bremen hat bei Forschungen im südlichen Afrika Bakterien entdeckt, die dabei helfen können, die begehrten Teak-Bäume (Pterocarpus angolensis) zu züchten. Das ist ein wichtiger Beitrag zur nachhaltigeren lokalen Nutzung des wertvollen Holzes. Dazu führten die Forschenden über mehrere Jahre ein Screening der Knöllchenbakterien an Teak durch und konnten zum ersten Mal Bakterien finden, die eine Symbiose mit dem Baum eingehen, über die Sie Ende Januar im Fachmagazin Frontiers in Microbiology berichten. Aus diesen Ergebnissen könnte „Biodünger“ entwickelt werden: Im Labor vermehrte Bakterien werden zu den Samen Hülsenfrüchten gegeben, um hoffentlich in Baumschulen schnell Symbiosen eingehen zu können und so die Anzucht von Keimlingen zu erleichtern.

Quelle: Uni Bremen

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04. Feb 2021

Wälder der Erde in 3D

Mit Lasern scannen die Forscherinnen und Forscher die Baumstruktur, hier die Struktur eines Urwaldes. Foto: Dominic Seidel

Urwälder sind für die Artenvielfalt und globale Stoffkreisläufe von großer Bedeutung. Die dreidimensionale Struktur der Wälder spielt dabei eine wichtige Rolle, weil sie Stoffaustauschprozesse mit der Atmosphäre beeinflusst und verschiedenen Arten Lebensraum bietet. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Göttingen ist der Frage nachgegangen, welche Vielfalt an unterschiedlich komplexen Strukturen in den Wäldern der Welt zu finden ist, und welche Faktoren diese Vielfalt erklären können. Die Ergebnisse veröffentlichten sie am 22. Januar in der Fachzeitschrift Nature Communications und stellten sie heute der Öffentlichkeit vor.

Quelle: Uni Göttingen

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03. Feb 2021

Korallen verhungern, noch bevor sie bleichen

Korallenbleiche in einem Riff im Roten Meer. Foto: Anna Roik

Die sogenannte Korallenbleiche führt gegenwärtig zu einem weltweiten Massensterben von Korallen. Bedingt durch den Klimawandel nehmen Korallen eine milchig-weiße Färbung an, beziehen zu wenig Nährstoffe und verhungern in aller Regel. In besonders warmen Jahren sind im Pazifik oft kilometerlange „Korallenfriedhöfe“ aus gebleichten Korallen zu beobachten. Bei der Erforschung der Ursachen der Korallenbleiche stellte nun ein Forschungsteam um den Konstanzer Biologen Prof. Dr. Christian Voolstra fest, dass das Verhungern der Korallen bereits vor dem eigentlichen Bleichen beginnt. Die Ursache des Korallensterbens ist demnach eine gestörte Symbiose zwischen Korallen und Algen, welche der Korallenbleiche vorausgeht. „Die Korallenbleiche leitet das Sterben der Korallen nicht erst ein, sondern ist vielmehr der finale Phänotyp eines ins Ungleichgewicht geratenen Nährstoffaustausches zwischen Koralle und symbiotischen Algen“, schildert Voolstra. Die Forschungsergebnisse, die aktuell im Wissenschaftsjournal PNAS veröffentlicht wurden, könnten einen Paradigmenwechsel bei der Bekämpfung der Korallenbleiche einleiten.

Quelle: Uni Konstanz

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03. Feb 2021

Ozon setzt Wald in Mittelgebirgen auch im Winter unter Stress

Ganzjähriger Ozonstress, Trockenheit und andere Umweltbelastungen schädigen den Baumbestand von Mittelgebirgswäldern. Foto: TU Bergakademie Freiberg

Die Ozonbelastung im Erzgebirge nimmt seit Ende der 1990er Jahre auch im Winterhalbjahr nicht ab. Das haben Forschende der TU Bergakademie Freiberg in einer aktuellen Studie im Fachjournal Geochemistry – Chemie der Erde geschildert. In der Folge leiden die Wälder ganzjährig unter dem Ozon-Stress. Und das obwohl die Luft in Mitteleuropa insgesamt sauberer geworden ist.

Quelle: TU Bergakademie Freiberg

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02. Feb 2021

Blütenvielfalt konnte Insektizid-Effekte auf Rote Mauerbiene ausgleichen

Überblick eines Versuchsaufbaus, mit dem das Forschungsteam die Reproduktion der Bienen untersucht hat. Foto: Felix Klaus

Eine höhere Blühpflanzenvielfalt erhöht den Bruterfolg von Wildbienen und könnte helfen, negative Effekte von Insektiziden auszugleichen. Das haben Forschende der Universitäten Göttingen und Hohenheim sowie des Julius-Kühn-Instituts in einem groß angelegten Experiment mit der bedeutsamen Wildbiene Osmia bicornis (Rote Mauerbiene) festgestellt. Ihre Ergebnisse publizierten sie in der Fachzeitschrift Ecology Letters.

Quelle: Uni Göttingen

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02. Feb 2021

In Niedersachsen wuchs im Eozän kein Tropenwald

Pollenkorn eines Buchsbaumgewächses aus Schöningen. Aufnahme: Senckenberg

Pollenanalysen offenbaren gemäßigtes Klima im Nordwesten Deutschlands während des frühen Eozäns. Das berichten Senckenberger Paleobotaniker*innen nach Ihrer Analyse eines etwa 55 Millionen Jahre altes Kohleflözes aus der Zeit des frühen Eozäns im ehemaligen Braunkohleabbaugebiet des niedersächsischen Landkreises Helmstedt. In ihrer kürzlich im Fachjournal PLoS ONE erschienenen Studie zeigen sie anhand von Pollenanalysen, dass der Nordwesten Deutschlands zu dieser Zeit von einem warm-gemäßigten Klima geprägt war. Dies steht im Unterschied zu anderen Zeitabschnitten des Eozäns, in denen überwiegend ein sehr warmes Treibhausklima vorherrschte.

Quelle: Senckenberg

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01. Feb 2021

Redox-Switch reguliert NADP-Malat-Dehydrogenase bei Licht-Änderungen

Verschiedene Arabidopsis-Pflänzchen; oben: Wildform; Mitte: Kontrollgruppe; unten: mit ausgeschaltetem Enzym. Foto: Tokyo Tech

Wie die Enzymaktivitäten in den Chloroplasten bei unterschiedlichen Lichtintensitäten reguliert werden, haben Forscherinnen und Forscher vom Tokyo Institute of Technology und vom HHU-Institut für Biochemie der Pflanzen um Prof. Dr. Andreas Weber untersucht. Dazu nutzen sie die Genschere CRISPR/Cas9 und entfernten mit chirurgischer Präzision einen kleinen Abschnitt im genetischen Code der Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Dieser ist für die Regulation des Enzyms Malat-Dehydrogenase zuständig. Indem der sogenannte Redox-Switch im Enzym ausgeschaltet wird, kann die Zelle dies nicht mehr im Chloroplast regulieren. Die so veränderten Arabidopsis-Pflanzen setzten sie unterschiedlichen Lichtbedingungen aus, sowohl unterschiedlichen Intensitäten als auch variierenden Hell-Dunkel-Zyklen. Die Ergebnisse bestätigten, dass der Redox-Switch das Enzym während Dunkelphasen oder solchen mit wenig Licht abschaltet. Überraschenderweise wuchsen die Pflanzen ohne Redox-Switch kaum anders als die Kontrollgruppen. Sie waren lediglich dann im Wachstums eingeschränkt, wenn bei den simulierten Tagen die Tageszeitdauer sehr kurz war oder aber wenn die Lichtbedingungen sehr stark schwankten. Prof. Weber resümiert: „Die Arbeit zeigt die Bedeutung der Redox-Regulation von Enzymaktivitäten in Chloroplasten für eine kontinuierliche Anpassung von Pflanzen an sich dynamisch ändernde Umweltbedingungen, insbesondere die Lichtbedingungen. Hierüber können möglicherweise in der Folge auch Pflanzen speziell auf unterschiedliche Lichtbedingungen angepasst werden, so dass verschiedene Varianten in unterschiedlichen Anbaugebieten gute Erträge liefern.“ Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal PNAS.

Quelle: HHU

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29. Jan 2021

Übersehene kleine Proteine in Cyanobakterien

Die Photosynthese steht am Beginn praktisch aller Nahrungsketten. Auch Cyanobakterien nutzen Licht als Energiequelle und können wie Pflanzen Photosynthese betreiben. Grafik: Wolfgang Hess

Cyanobakterien nutzen Licht als Energiequelle und können wie Pflanzen Photosynthese betreiben. Allerdings binden die dafür benötigten Proteinkomplexe sehr viele Nährstoffe. Ein Team um Vanessa Krauspe und Prof. Dr. Wolfgang Hess von der Arbeitsgruppe für Genetik und Experimentelle Bioinformatik der Fakultät für Biologie der Universität Freiburg hat das bisher unbekannte kleine Protein NblD entdeckt, welches dabei helfen kann, diese Nährstoffe zu recyceln. Diese neue Erkenntnis stellen die Forschenden in der Fachzeitschrift PNAS vor.

Quelle: Uni Freiburg

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28. Jan 2021

Neue, vermutlich ausgestorbene Flechtenart in Herbarium entdeckt

Vorsichtig angefeuchtete Lagerlappen des zum Teil über hundert Jahre alten Herbarmaterials von Cora timucua zeigen, wie die Flechte im frischen Zustand in der Natur wohl anzutreffen wäre. Auf der Unterseite bildet die Art ein für krustenförmige Ständerpilze charakteristisches, weissliches Hymenophor, in welchem die Sporen des Pilzpartners produziert werden. Foto: R. Lücking, BGBM

Um neue Arten zu entdecken, müssen Wissenschaftler*innen nicht immer zu großen Expeditionen aufbrechen. Auch in Herbarien schlummern viele noch unbekannte Arten. Das jüngste Beispiel: Die Bestimmung der bisher unbekannten Flechtenart Cora timucua (Timucua-Herzflechte). Erst 2014 hatte Robert Lücking vom Botanischen Garten und Botanisches Museum Berlin (BGBM) gemeinsam mit internationalen Kolleg*innen gezeigt, dass es sich bei der Flechtengattung Cora nicht wie bisher gedacht um eine, sondern um hunderte von Arten handelt. Eine DNA-Sequenzierung des Materials bestätigte schließlich diese Vermutung. Die neu entdeckte Flechtenart wurde zu Ehren der Ureinwohner Floridas Timucua-Herzflechte genannt. Dass die Sequenzierung der teils über 120 Jahre alten Belege gelang, ist ein Rekord für epiphytische (auf anderen Pflanzen wachsende) Blattflechten, da die DNA im getrockneten Herbarmaterial relativ schnell in kleine Bruchstücke zerfällt. Publiziert hat das Team seine Ergebnisse nun im Fachblatt The Bryologist. Jetzt hat die Suche nach lebenden Exemplaren begonnen.

Quelle: BGBM

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28. Jan 2021

Wie Pflanzen ihre Wasserleitungen stabilisieren

Visualisierung der widerstandsfähigen Zellwände des pflanzlichen Gefäßsystems, die sich in filigranen Band- und Spiralmustern um die Zellen winden. Aufnahme: Dr. René Schneider, MPI-MP

Neue Techniken ermöglichen die Live-Beobachtung der Zellwandbildung. Wie Pflanzen ihr Xylem, den auch als Holz bezeichneter Teil des Gefäßsystems bilden, war bisher nur in Teilen bekannt. Dr. René Schneider vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) und Dr. Kris van’t Klooster von der Universität Wageningen schildern nun die Entstehung dieser spezialisierten Zellwände in der Fachzeitschrift Nature Communications.

Quelle: MPI-MP

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28. Jan 2021

„Lebendes Fossil“ Welwitschia hat verschiedene Unterarten

Exemplare der Weltitschia mirabilis können mehr als 1.000 Jahre alt werden. Foto: Norbert Jürgens, UHH

Bereits vor 112 Millionen Jahren gab es die Familie der Welwitschia-Gewächse auf der Erde. Ein Forschungsteam des Fachbereichs Biologie der Universität Hamburg hat jetzt mithilfe kurzer DNA-Sequenzen herausgefunden, dass die einzige heute noch lebende Art Welwitschia mirabilis verschiedene Unterarten hat. „So konnten wir eine angolanische von einer namibischen Unterart unterscheiden,“ erklärt Prof. Dr. Norbert Jürgens, Professor für Biodiversität, Evolution und Ökologie. Die Ergebnisse veröffentlichte das Team gestern in der Fachzeitschrift Scientific Reports.

Quelle: Uni Hamburg

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27. Jan 2021

Was Klimakapriolen bei Pflanzen auslösen können

Die australische Kannenpflanze bringt missgestaltete Blätter hervor, wenn sie bei ungewöhnlichen Licht-Temperatur-Bedingungen wächst. Grafik: Kenji Fukushima

Der Klimawandel dürfte Pflanzen nicht nur durch Wetterextreme beeinflussen. Auch eine ungewohnte Kombination neutraler Reize – warme und kurze Tage – kann Reaktionen wie Missbildungen der Blätter auslösen. Das zeigen nun Forschende der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) im Fachjournal Proceedings of the Royal Society B.

Quelle: JMU

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27. Jan 2021

Venusfliegenfalle erzeugt magnetische Felder

Magnetische Messungen an Venusfliegenfallen. Foto und (c): Anne Fabricant, JGU

Mit einem Atommagnetometer haben Physiker nachgeweisen, dass Venusfliegenfallen (Dionaea muscipula) winzige biomagnetische Signale erzeugen. „Die Untersuchung kann man sich ein bisschen so vorstellen wie eine MRT-Untersuchung beim Menschen“, erklärt die Physikerin Anne Fabricant. Das hat ein interdisziplinäres Forschungsteam der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM), des Biozentrums der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Berlin im Fachmagazin Scientific Reports veröffentlicht.

Quelle: JGU

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26. Jan 2021

Biodiversität: Nicht die gleichen Fehler machen

Die globalen Ziele zum Schutz der biologischen Vielfalt müssten künftig als Mindestanforderungen in nationales Recht aller Mitgliedstaaten der UN-Biodiversitätskonvention (CBD) übernommen werden. Das ist einer von vier Vorschlägen zur Verbesserung der globalen Strategie zum Biodiversitätsschutz eines Forscherteams des Nanjing Instituts für Umweltforschung in China, des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Die bisherigen Ziele sind weitgehend verfehlt worden. In der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution nennen die Forschenden Gründe für das Scheitern und zeigen konkrete Politikoptionen auf.

Quelle: iDiv

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25. Jan 2021

Eisalgen verstärken Grönlands Eisschmelze – genährt von Phosphor

Probennahme der Eisalgen in Grönland. Foto: Jenine McCutcheon

Der grönländische Eisschild schmilzt seit 25 Jahren dramatisch. Eine bislang wenig beachtete Triebkraft hierfür sind Eisalgen. Sie verdunkeln die Oberfläche und reduzieren so die Reflexion des Sonnenlichts. Das Eis schmilzt schneller. Forschende der University of Leeds (UK) um Jenine McCutcheon (jetzt University of Waterloo, Ca) und Liane G. Benning, Deutsches GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ), haben eine wichtige Nahrungsquelle für die Eisalgen identifiziert: Phosphor aus lokal entstandenem Mineralstaub. Diese Erkenntnis hilft, künftige Entwicklungen von Algenblüte und Eisschmelze besser vorherzusagen und Klimamodelle zu optimieren. Die Studie ist heute in Nature Communications erschienen.

Quelle: GFZ

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25. Jan 2021

Straßenbäume als Mittel gegen Depressionen

Mehr Straßenbäume in Städten (wie hier im Leipziger Stadtzentrum) können dazu beitragen, die psychische Gesundheit, aber auch das lokale Klima, die Luftqualität und den Artenreichtum zu verbessern. Foto: Philipp Kirschner

Straßenbäume im direkten Lebensumfeld könnten das Risiko für Depressionen in der Stadtbevölkerung reduzieren. Das ist das Ergebnis einer Studie im Fachjournal Scientific Reports von Forschern des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Universität Leipzig (UL) und der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU). Straßenbäume in städtischen Wohngebieten zu pflanzen könnte demnach eine effektive und preiswerte naturbasierte Lösung sein, um psychische Krankheiten, den lokalen Klimawandel und den Verlust biologischer Vielfalt zu bekämpfen. Stadtplaner, Gesundheitsexperten und Naturschützern diese Maßnahme öfter in Betracht ziehen.

Quelle: iDiv

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25. Jan 2021

Konvergenz: Kälteschutz in Moosen und Blütenpflanzen

Moose und Blütenpflanzen haben unabhängig voneinander die Regulation von Sphingolipiden entwickelt, die sie vor Kälte und Krankheitserregern schützen. Grafik: Jan de Vries

Einen bislang nur in Blütenpflanzen bekannten Membran-Schutz-Mechanismus hat ein Forschungsteam erstmals in einem Moos nachgewiesen. Diesem gleichartigen Mechanismus liegen jedoch unterschiedliche Gene in dem Moos Physcomitrella und der Blütenpflanze Arabidopsis zugrunde - und damit in zwei Pflanzen, deren Entwicklung 500 Millionen Jahre Evolution trennt. Das Team um die Pflanzenbiologen Prof. Dr. Ralf Reski von der Universität Freiburg und Prof. Dr. Ivo Feussner von der Universität Göttingen legt im Fachjournal Nature Plants dar, wie verschiedene Gene den Sättigungsgrad in Sphingolipiden justieren, die nicht nur die äußere Membran der Zellen auch bei Kälte ausreichend geschmeidig halten, sondern die Pflanzen auch vor Krankheitserregern wie etwa Oomyceten schützen. Die Ergebnisse sind "ein beeindruckendes Beispiel von Konvergenz in der Pflanzenevolution auf molekularer Ebene“, resümiert Feussner. Und Reski ergänzt: "Dass der neu entdeckte Moos-Regulator auch in der Blütenpflanze funktioniert, eröffnet ganz neue Möglichkeiten der synthetischen Biologie.“

Quelle: Uni Freiburg 

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25. Jan 2021

Blüte und Blattseneszenz eng miteinander verbunden

Die Biologinnen Prof. Dr. Christine Römermann und Dr. Solveig Franziska Bucher von der Universität Jena untersuchten die Blattphänologie krautiger Pflanzen. Foto: Anne Günther, FSU

Wie sich klimatische Veränderungen auf das andere Ende der Vegetationsperiode auswirken, haben Forschende nun im Fachmagazin Journal of Ecology dargelegt. Wie die Biologinnen Dr. Solveig Franziska Bucher und Prof. Dr. Christine Römermann der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU) herausfanden, setzt die Blattseneszenz bei niedrigeren Temperaturen früher ein als bei höheren Temperaturen. Der Beginn dieses Prozesses kann zwar zwischen einzelnen Arten differieren, je kälter jedoch das Umfeld ist, umso schneller läuft dieser ab. Die Zeitpunkte von Blüte und Blattseneszenz sind zeitlich eng miteinander verknüpft und durch Merkmale der Pflanzen beeinflußt, wie etwa dem Blattstickstoffgehalt. Die Ergebnisse helfen, Aussagen über die Länge von Vegetationsperioden und somit über den Einfluss des Klimawandels auf Ökosysteme zu treffen.

Quelle: FSU

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22. Jan 2021

Wählerische Seegräser sind schlechte Invasoren

Die invasive Rotalge Agarophyton vermiculophyllum in Kalifornien. Foto: S. Krueger-Hadfield

Nicht alle Einwanderungen sind erfolgreich. Warum können sich manche Arten besser durchsetzen als andere? Dieser Frage ging ein internationales Team von Forschenden unter der Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel am Beispiel der invasiven Alge Agarophyton vermiculophyllum nach, die ursprünglich aus Ostasien stammt. Sie untersuchten, wie diese Alge ihr schützendes Oberflächen-Mikrobiom nach einer Störung wiederherstellt. „Alle Algenindividuen überlebten die Behandlung, aber diejenigen, die aus nicht einheimischen Populationen stammten, schnitten besser ab und zeigten ein schnelleres Wachstum“, so Dr. Guido Bonthond, der diese Untersuchung gemeinsam mit Projektleiter Dr. Florian Weinberger am GEOMAR durchgeführt hat. Nicht-einheimische Populationen von Agarophyton sind flexibler in der Assoziation mit Mikroben und wurden offenbar während ihrer Invasionsgeschichte auf diese Fähigkeit hin selektiert. Algen, die gegenüber neuen potenziellen Symbionten wählerisch sind, sind wahrscheinlich weniger erfolgreiche Invasoren. Wenn sie wiederholt eingeführt werden, kann die Selektion für flexiblere Individuen schließlich eine erfolgreiche Invasion begünstigen. „Oder anders herum: wer zu wählerisch ist, schafft die Einwanderung nicht“, erklärt Bonthond. „Es zeigt sich bei immer mehr Algenarten, dass sie auf die eine oder andere Weise von Bakterien abhängig sind. Derzeit ist noch wenig über die Rolle dieser Bakterien bei Algeninvasionen und marinen Invasionen im Allgemeinen bekannt“, so Florian Weinberger. Daher trage diese Studie zu wichtigen neuen Erkenntnissen bei, denn sie zeigt, dass ein Invasor eine Störung des Mikrobioms erleiden und neue funktionelle Gemeinschaften in neuen Umgebungen bilden könne. Die Studie publizierten sie in der internationalen Fachzeitschrift ISME Journal.

Quelle: GEOMAR

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20. Jan 2021

Widerstandsfähiges Getreide im Klima-Chaos

Expert*innen warnen seit vielen Jahren davor, dass extreme Klimaereignisse wie schwere Dürren mit häufigen Hitzewellen die Produktion wichtiger Grundnahrungsmittel wie Weizen beeinträchtigen und die Ernährungssicherheit ernsthaft gefährden. Daher suchen Wissenschafter*innen nach Kulturpflanzen, die sich besser an diese Umstände anpassen können: Ein internationales Team unter der Leitung von Wolfram Weckwerth von der Universität Wien hat eine vergleichende physiologische und molekulare Studie mit Weizen und Perlhirse unter Trockenstress durchgeführt und gezeigt, wie Perlhirse klimatische Herausforderungen deutlich besser übersteht als Weizen. Die Studie wurde in Frontiers in Plant Science veröffentlicht.

Quelle: Uni Wien

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19. Jan 2021

Mit Mathe pflanzliche Formen charakterisieren

Sichtbarkeitsgraphen für verschiedene Blütenformen. Auf der Kontur (grün) sind Knoten in gleichmäßigen Abständen angeordnet, die über Kanten miteinander verbunden sind, wenn diese nicht die Kontur berühren oder schneiden. Aufnahme und (c): Jacqueline Nowak, MPI-MP

Ein mathematischer Ansatz ermöglicht die genaue Charakterisierung von Formen, wie Forschende im Fachmagazin Nature Communications zeigen. Während sich die Farbe oder Größe eines Objekts einfach bestimmen lässt, ist die inhaltliche Beschreibung einer Form vielfach komplizierter. Daher haben Jacqueline Nowak vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) und ihre Kollegen einen neuen und verbesserten Weg zur Beschreibung von Formen skizziert, der auf einer Netzwerkrepräsentation basiert, die auch zum Wiederzusammensetzen und Vergleichen von Formen verwendet werden kann.

Quelle: MPI-MP

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15. Jan 2021

Sieben neue Hundsgiftgewächse in Neukaledonien

Die neukaledonische Leichhardtia nigriflora aus der Familie der Hundsgiftgewächse. Foto: Ulrich Meve

Forschende haben sieben neue Arten der Apocynaceae (Hundsgiftgewächse) in Neukaledonien entdeckt und im 27. Band der Flore de la Nouvelle-Calédonie des Pariser Muséum National d'Histoire Naturelle publiziert. Auf den Spuren des britischen Entdeckers James Cook hatten die Forscher*innen der Universität Bayreuth im Frühjahr 2019 die Flora auf dieser Inselgruppe im Südwestpazifik untersucht.

Quelle: Uni Bayreuth

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14. Jan 2021

Wie Pflanzen Abwehrgifte bilden ohne sich selbst zu schaden

Raupe des Tabakschwärmers Manduca sexta auf einem Blatt der Tabakpflanze. Die chemische Analyse ihres Kots (kleine schwarze Kugel) zeigte, wie die Giftstoffe in den Raupen aktiviert wurden und gaben so Hinweise auf die Biosynthese der Gifte in der Pflanze, ein Prozess, der im Vergleich zur Verdauung umgekehrt abläuft. Die Forschenden nennen dies „Verdauungsduett“. Foto: Anna Schroll

Im Fachmagazin Science stellen Forschende des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie und der Universität Münster die Biosynthese und genaue Wirkungsweise von Diterpen-Glykosiden in wilden Tabakpflanzen dar. Diterpen-Glykoside dienen der Verteidigung gegenüber Fressfeinden. Die Abwehrstoffe greifen bestimmte Teile der Zellmembran an. Um sich selbst vor den eigenen Giften und der Zerstörung der Zellmembran zu schützen, speichern Tabakpflanzen die Abwehrstoffe in einer ungiftigen Form, die auf eine besondere Art und Weise gebildet wird. Selbsttoxizität und der Schutz davor scheinen bei der Evolution der pflanzlichen Abwehr eine größere Rolle zu spielen als bislang angenommen.

Quelle: MPI für chemische Ökologie

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12. Jan 2021

Gefäßaufbau von Pflanzen umfassend charakterisiert

Isolierte Gefäßzellen einer Arabidopsis-Pflanze: die Phloem-Parenchymzellen sind in Cyan markiert. Aufnahme: Ji-Yun Kim, HHU

Forschenden ist es gelungen, erstmals die Funktionen der verschiedenen Zelltypen im Gefäßsystem der Blätter von Pflanzen zu identifizieren. Zwei Teams von Alexander von Humboldt-Professuren in Düsseldorf und Tübingen, einer Kollegin aus Champaign Urbana in Illinois/USA und einem Bioinformatik-Lehrstuhl aus Düsseldorf legten die erste umfassende Analyse der Gefäßzellen in den Blättern der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) durch Einzelzellsequenzierung vor. Das Team der Alexander von Humboldt-Professorin Dr. Marja Timmermans von der Universität Tübingen hatte vor kurzem als erste Einzelsequenzierung in Pflanzen eingesetzt, um die Zellen der Wurzel zu charakterisieren. Hier haben Forscherinnen und Forscher aus dem Team des Alexander von Humboldt-Professors Dr. Wolf Frommer von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) mit ihrer Hilfe erstmals die Zellen aus Blättern isoliert, um daraus einen Atlas aller steuernden RNA-Moleküle (das Transkriptom) des Blattgefäßsystems zu erstellen. Indem sie die Stoffwechselwege analysierten, konnten sie die Rolle der verschiedenen Zellen definieren. Ihre Ergebnisse publizierten sie in der Fachzeitschrift The Plant Cell. Dazu hatten sie einen Einzel-Zell-Transkiptom-Atlas der Phloem-Zellen erstellt.

Quelle: HHU

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11. Jan 2021

Ein Dollar für den Regenwald spart 5,40 Dollar für sonstigen Klimaschutz

In der Diskussion über Klimaschutz-Investitionen geht es viel um Technik. Etwa Windparks und Solarkraftwerke, riesige CO₂-Staubsauger oder ein Pipeline-Netz, das mit Grünstrom produzierten Wasserstoff als Energieträger der Zukunft verfügbar macht. Doch so wichtig innovative Technologien sind – der bedeutsamste Schauplatz beim Kampf gegen die Erderhitzung ist der Tropische Regenwald: Jeder hier investierte Dollar spart 5,40 Dollar für sonstigen Klimaschutz. Das zeigt jetzt eine Studie unter Leitung des Berliner Klimaforschungsinstituts MCC (Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change) in Zusammenarbeit mit der US-Forschungseinrichtung Environmental Defense Fund im Fachjournal Global Sustainability.

Quelle: MCC

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11. Jan 2021

Resistente Reispflanzen: Bakterium schützt vor Krankheiten

Eine internationale Forschungsgruppe unter Beteiligung des Instituts für Umweltbiotechnologie der TU Graz untersuchte das Mikrobiom von Reispflanzensamen, um Korrelationen zwischen der Pflanzengesundheit und dem Vorkommen bestimmter Mikroorganismen aufzudecken. Sie identifizierte nun ein Bakterium im Sameninneren, das zu vollständiger Resistenz gegen das Pflanzenpathogen Burkholderia plantarii führen kann - das zu Ernteausfällen führt und ein asuch für Menschen schädliches Biotoxin produziert, und auf natürliche Weise von einer Pflanzengeneration auf die andere übertragen wird. Die Forschenden stellten fest, dass die resistenten Pflanzen eine andere Bakterienzusammensetzung im Sameninneren haben als krankheitsanfällige Pflanzen. Besonders die bakterielle Gattung Sphingomonas war signifikant häufiger in resistenten Samen zu finden. Die Forschenden haben daher diese Bakterien-Gattung aus den Samen isoliert und das Bakterium Sphingomonas melonis als Wirkungsträger identifiziert. Dieses Bakterium produziert eine organische Säure (Anthranilsäure), die das Pathogen lähmt und dadurch unschädlich macht. Die im Fachjournal Nature Plants veröffentlichten Erkenntnisse bieten eine neue Basis, um biologische Pflanzenschutzmittel zu designen und zusätzlich Biotoxine, die von Pflanzenpathogenen gebildet werden, zu reduzieren.

Quelle: TU Graz

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09. Jan 2021

Wie Pflanzen ihr Erbgut miteinander teilen können

Das Erbgut kann von Zelle zu Zelle wandern und sogar zwischen verschiedenen Organismen ausgetauscht werden. Forschende des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) in Potsdam konnten nun mit Hilfe neuer experimenteller Ansätze - wie etwa die in der Landwirtschaft häufig angewandte Pfropfung - erstmals zeigen, wie das Erbgut auf Wanderschaft geht. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie am 1. Januar in der Fachzeitschrift Science Advances.

Quelle: MPI-MP

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08. Jan 2021

Phloem-Beladung erklärt möglicherweise effizientes Mais-Wachstum

Blätter einer Maispflanze. Foto: Margaret Bezrutczyk, HHU

Forscherinnen und Forscher fanden einen bisher nicht beschriebenen Beladungsmechanismus des Phloems in Maispflanzen, also in jenem Teil der Leitungsbündel bei Gefäßpflanzen, in denen der eigentliche Transport von Zuckern, Aminosäuren und anderen Stoffen stattfindet. Diesen Mechanismus zu entwickeln, könnte der entscheidende evolutionäre Schritt hin zu einer höheren Transportrate gewesen sein, der Maispflanzen so besonders erfolgreich und nützlich macht, folgern die Forschenden im Fachmagazin The Plant Cell. Vermutlich steht dies auch im Zusammenhang mit der effektiveren C4-Photosynthese, die den Mais gegenüber anderen Pflanzen auszeichnet, die nur über die C3-Photosynthese verfügen. Geleitet wurde die Studie von Dr. Ji Yun Kim und Prof. Dr. Wolf B. Frommer vom Institut für Molekulare Physiologie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU).

Quelle: HHU

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05. Jan 2021

Vor rund 6.000 Jahren verursachte Klimawandel Mangrovensterben in Oman

Vor 6.000 Jahren waren Mangroven in Oman weit verbreitet. Heute gibt es dort nur noch eine besonders robuste Mangrovenart, die zudem nur an wenigen Standorten vorkommt. Foto und (c): Uni Bonn

Die meisten Mangroven-Bestände an den Küsten Omans verschwanden vor rund 6.000 Jahren. Warum, war bislang nicht komplett geklärt. Wie eine Studie in der Zeitschrift Quaternary Research von Forschenden der Universität Bonn zeigt, führten klimatische Veränderungen zum Zusammenbruch der Küsten-Ökosysteme. Ein Meeresspiegel-Anstieg oder eine Übernutzung durch den Menschen scheiden als Gründe dagegen wohl aus. Die Geschwindigkeit des Mangrovensterbens war dramatisch: Binnen weniger Jahrzehnte gingen viele der Bestände unwiderruflich verloren.

Quelle: Uni Bonn

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05. Jan 2021

Wie Pflanzen ihr Wurzelwachstum an ein verändertes Nährstoffangebot anpassen

Das Bild zeigt die Unterschiede in den Zelllängen, den relativen Auxin-Gehalt und die Lokalisierung des PIN2-Auxin-Transporters zwischen benachbarten Zellen in der Arabidopsis-Wurzelspitze, bei Versorgung mit Nitrat oder Ammonium. Aufnahme: Krisztina Ötvös, IST Austria

Im Fachmagazin The EMBO Journal vergleichen Forschende, wie Arabidopsis-Keimlinge, die ausschließlich auf Ammonium gezüchtet wurden, reagierten, sobald die Forschenden sie entweder in ammonium- oder in nitrathaltige Medien überführten. Sie konnten zeigen, dass vor allem der spezielle Auxin-Transporter PIN2 für das Gleichgewicht zwischen Zellvermehrung und Zellausdehnung sorgen. „Die vorliegende Studie konnte nur dank der Beiträge vieler verschiedener Personen entstehen – von ZellbiologInnen und InformatikerInnen bis hin zu jenen, die in der fortgeschrittenen Mikroskopie arbeiten. Es ist wirklich ein multidisziplinärer Ansatz”, betont Eva Benková, Entwicklungsbiologin und Professorin am Institute of Science and Technology (IST) Austria.

Quelle: IST Austria

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04. Jan 2021

Stoffwechsel-Umleitung eröffnet neue Wege der CO2-Fixierung

Bei der pflanzlichen Photorespiration wird bereits fixiertes CO2 wieder frei, kostet jedoch Energie. Dieser Stoffwechselprozess gilt daher als ein wichtiger Ansatzpunkt zur Verbesserung von Ernte-Leistungen und zur Senkung des steigenden CO2-Gehalts der Atmosphäre. Forschende um Tobias Erb vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg haben nun den TaCo-Stoffwechselweg entwickelt, einen synthetischen Bypass zur Photorespiration, wie sie im Fachmagazin Nature Catalysis berichten. Er eröffnet neue Möglichkeiten der CO2-Fixierung und der Produktion wertvoller Kohlenstoff-Verbindungen.

Quelle: MPG

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29. Dez 2020

Wie sich einzellige Algen an Oberflächen festhalten und entlanggleiten

Mit der sog. TIRF Mikroskopie kann das Anhaften der Geißeln an Oberflächen sichtbar gemacht werden. Aufnahme und (c): Lara Hoepfner, WWU

Ein internationales Forschungsteam untersuchte, wie sich die Fortbewegung und das Festhalten der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii an Oberflächen manipulieren lassen. Dazu maßen sie die Kräfte, mit welchen sich der Einzeller mit seinen Geißeln an Oberflächen festhält und entlanggleitet. Sie veränderten die Zuckermodifikationen an Proteinen auf deren Zelloberfläche, wodurch sich die Adhäsionskraft änderte. Die Ergebnisse hat das Team unter der Leitung von Prof. Dr. Michael Hippler von der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster und Prof. Dr. Kaiyao Huang vom Institut für Hydrobiologie (Chinesische Akademie der Wissenschaften, Wuhan, China) am 10. Dezember im Magazin eLife (DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.58805) publiziert. Forschungsergebnisse lieferten auch Lara Höpfners Arbeiten, die dafür unseren diesjährigen Master-Preis an der WWU erhalten hat.

Quelle: WWU

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22. Dez 2020

GET2-Rezeptor in Arabidopsis aufgespürt

Dietmar Mehlhorn und Christopher Grefen (hinten) sind dem bisher unentdeckten GET2-Rezeptor in der Pflanze Arabidopsis thaliana auf die Spur gekommen. Foto und (c): Marquard, RUB

Was Säugetiere und Hefen können, können Pflanzen nachweislich auch: Proteine über einen besonderen Pfad in Membranen einbauen. Ein Erbe ihres letzten gemeinsamen Vorfahren. „Die Entdeckung der Proteinsequenz von GET2 aus der Ackerschmalwand liefert ein wichtiges Puzzleteil zum Verständnis der Art-übergreifenden Evolution des GET-Pfads und bildet gleichzeitig die Grundlage für weitere Studien in anderen Pflanzen- und Algenarten“, erklärt Prof. Dr. Christopher Grefen vom Lehrstuhl für Molekulare und Zelluläre Botanik der Ruhr-Universität Bochum (RUB) anlässlich der in PNAS (DOI: https://www.pnas.org/content/118/1/e2017636118) veröffentlichten Studie. Sie charakterisierten den Rezeptor durch dessen gezielte Ausschaltung – unter anderem durch die Genschere Crispr/Cas9.

Quelle: RUB

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