Wochenchronik: Pflanzenforschung und Botanik KW #47 (2023)

Pflanzen, bei denen ein Ionenkanal der Vakuole hyperaktiv ist, sind extrem gestresst und wachsen schlecht. Doch die Ackerbohne macht da eine Ausnahme, wie ein Würzburger Forschungsteam um Irene Marten nun im Fachmagazin eLife schildert. Sie untersuchten, ob es pflanzenartspezifische Variationen im TPC1-Gen gibt und wie sich diese Änderungen auf die Arbeitsweise des Kanals und damit auf die elektrische Erregbarkeit der Vakuole auswirken. In Patch-Clamp-Untersuchungen belegte Dr. Jinping Lu, die Erstautorin der eLife-Studie, dass bei der Ackerbohne der TPC1-Kanal sehr viel aktiver und damit stärker geöffnet ist als bei der Ackerschmalwand. Die Hyperaktivität des Ackerbohnen-Kanals löst bei den Vakuolen eine elektrische Hypererregbarkeit aus. Obwohl der Ackerbohnen-TPC1-Kanal länger geöffnet ist, sind die Ackerbohnen nicht gestresst und wachsen normal.

Quelle: Uni Würzburg

Die phänotypische Plastizität wird der Forschungsschwerpunkt im gleichnamigen Sonderforschungsbereich 1644 sein. Mit der Gestaltung ihrer Erscheinungsbilder reagieren Pflanzen beispielsweise auf ihre Umwelt und können sich trotz gleicher Erbanlagen unterschiedlich entwickeln. Der neue SFB1644 verfolgt ein interdisziplinäres Forschungsprogramm, um zu verstehen, worauf Plastizität auf molekularer Ebene beruht, wie sie sich in der Evolution verändert, und was das Ausmaß der Plastizität begrenzt. „Dazu nutzen wir die Beobachtung, dass sich das Ausmaß der Plastizität selbst erblich zwischen Individuen einer Art unterscheidet“, sagt Prof. Dr. Michael Lenhard vom Institut für Biochemie und Biologie an der Universität Potsdam, Sprecher des neuen SFB. „Dies erlaubt es zu bestimmen, welche genetischen Unterschiede zwischen Individuen ihrer unterschiedlichen Umweltantwort zugrunde liegen.“ Mit dem Wissen um die verantwortlichen Gene kann langfristig die Umweltantwort von Nutzpflanzen so angepasst werden, dass sie auch bei veränderten Umweltbedingungen hohe Erträge liefern. Von den 20 Antragstellenden des SFB stammen zwölf von der Universität Potsdam aus dem Institut für Biochemie und Biologie, außerdem sind das Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie, die Humboldt-Universität zu Berlin, die Universität zu Köln, das Hasso-Plattner-Institut sowie das Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau beteiligt. Insgesamt hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) heute 17 SFBs neu bewilligt.

Quelle: Uni Potsdam

Eine aktuelle Studie untersucht die genomische Struktur der fleischfressenden Kannenpflanze Nepenthes gracilis und zeigt, wie Polyploidie zu evolutionären Innovationen beiträgt. Also wie mehr als zwei Chromosomensätze in der Zelle bei der Evolution spielen und wie neue Gene entstehen.
"Interessanterweise stellte sich heraus, dass es die rezessiven Subgenome sind, die mit neuen Genen angereichert sind. Diese überraschende Entdeckung lässt vermuten, dass die rezessiven Subgenome einen wichtigen Beitrag zur evolutionären Anpassung der Pflanze leisten", sagt Pflanzenwissenschaftler Kenji Fukushima vom Lehrstuhl für Botanik I der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU). Dies gelte insbesondere für Merkmale wie die Kannenblätter, die zum Insektenfang verwendet werden, und die Zweihäusigkeit (Diözie), also das Vorhandensein getrennter männlicher und weiblicher Pflanzen. Neben der Erforschung der Genetik von Nepenthes gracilis erlaubt die in Nature Plants veröffentlichte Studie des Teams auch Rückschlüsse auf Pflanzenvielfalt und Anpassung im Allgemeinen und könnte wertvolle Beiträge zur Landwirtschaft leisten. „Gerade dort sind Mechanismen des Nährstofftransports und der Fortpflanzung von größtem Interesse“, erklärt Fukushima. Die Erkenntnisse aus der Studie könnten dazu beitragen, diese Prozesse besser zu verstehen und somit zu einer nachhaltigen und effizienten landwirtschaftlichen Praxis beitragen.

Quelle: Uni Würzburg

Überraschenderweise gibt es bei Pflanzen Proteine, die dem menschlichen MIF-Protein in der Abfolge ihrer einzelnen Bausteine (Aminosäuren) ähneln, und als MDL-Proteine bezeichnet werden. MIF (macrophage migration inhibitory factor) spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung verschiedener menschlicher Immunreaktionen. Ein Team um Professor Jürgen Bernhagen vom Institut für Schlaganfall- und Demenzforschung am Klinikum der LMU München und Professor Ralph Panstruga vom Lehr- und Forschungsgebiet Molekulare Zellbiologie der Pflanzen der RWTH Aachen schildert nun in der Fachzeitschrift Science Signaling, dass MIF- und MDL-Proteine auch in ihrer räumlichen Struktur einander verblüffend ähnlich sind. Ferner stellte es fest, dass die pflanzlichen MDL-Proteine, allein oder in Komplexen mit dem menschlichen MIF-Protein, an die Rezeptoren des MIF-Proteins binden und so entsprechende immunrelevante Signalwege aktivieren können – und dies zum Teil effizienter als das menschliche MIF-Protein allein. Dies könnte erklären, wie möglicherweise pflanzliche MDL-Proteine das menschliche Immunsystem beeinflussen und wie Pflanzenpartikel etwa Heuschnupfen oder Hautreaktionen und andere Unverträglichkeiten beeinflussen. Weitere Untersuchungen müssen aber noch zeigen, ob dies tatsächlich der Fall ist.

Quelle: LMU beim idw

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) begrüßt die am 15. November erfolgte Verabschiedung des „Nationalen Aktionsplans für den Europäischen Forschungsraum“ durch die Bundesregierung. Der Aktionsplan, der federführend vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) erarbeitet wurde, definiert Leitlinien und Handlungsfelder, die darlegen, wie Deutschland zu den im „Pakt für Forschung und Innovation in Europa“ formulierten gemeinsamen europäischen Zielen bis 2027 beitragen will. Darüber hinaus sieht er die Einrichtung eines „Deutschen Forums für europäische Forschungs- und Innovationspolitik“ (Forum.EU) zur Förderung der Kohärenz zwischen regionaler, nationaler und europäischer Forschungspolitik vor.

Quelle: DFG

Ein Forschungsteam hat ein Gen entschlüsselt, das den Stressabbau in Pflanzen steuert. Umwelteinflüsse können Stress auslösen, wodurch ihr Wachstum und ihre Vermehrungsfähigkeit eingeschränkt werden. Das Forschungsteam hat nun die entscheidende Funktion des Gens GAS2 in der Modelpflanze Arabidopsis entschlüsselt: Das Gen steuert einen speziellen Signalweg, über den das Stresshormon Abscisinsäure abgebaut wird. Dieser Signalweg ermöglicht die Samenkeimung und auch die Überlebensfähigkeit beispielsweise bei Trockenstress. Wichtig sind diese neuen, im Magazin Nature Communications von Pflanzenbiolog*innen der Technischen Universität Braunschweig und des Julius Kühn-Instituts Braunschweig veröffentlichten Erkenntnisse etwa in der Landwirtschaft und Pflanzenzucht.

Quelle: TU Braunschweig

Weil Wälder große Mengen Kohlenstoffdioxid (CO₂) speichern, gelten sie als ein wichtiger Baustein im Kampf gegen den Klimawandel. Die Vereinten Nationen (UN) haben daher 2021 beschlossen, die globale Entwaldung bis zum Jahr 2030 zu stoppen. Wie dieses Vorhaben vorankommt, soll auf der bald stattfindenden Klimawandelkonferenz der Vereinten Nationen in Dubai (30. Nov. - 12. Dez. 2023) besprochen werden.
„Diese Diskussion beruht jedoch teilweise auf falschen Annahmen und unterschätzt die Risiken, vor denen unsere Wälder stehen“, sagt der Waldbau-Experte Prof. Dr. Jürgen Bauhus. Zusammen mit dem Forstökonomen Prof. Dr. Marc Hanewinkel und der Bodenökologin Prof. Dr. Friederike Lang erforscht er an der Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen der Universität Freiburg, wie die Wälder der Zukunft ihre wichtigen Funktionen für Mensch und Natur weiterhin erfüllen können. Die UN würden die Rolle von Wäldern im Klimaschutz viel zu optimistisch sehen, so die drei Forschenden.

Quelle: Uni Freiburg

Die Förderung der MINT-Bildung (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik) muss angesichts der Herausforderungen einer sich wandelnden Welt ein zentrales gesellschaftliches Anliegen sein. Anlässlich der von der Kultusministerkonferenz vorgelegten Empfehlungen zur Stärkung der MINT-Bildung (in der Entwurfsfassung) weist der Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland (VBIO e. V.) auf die besondere Rolle des Biologieunterrichtes hin: Der interdisziplinäre Charakter biologischer Fragestellungen ermöglicht es, komplexe MINT-Konzepte auf greifbare und relevante Weise zu vermitteln und das Interesse der Schülerinnen und Schüler zu wecken. Dazu bedarf es hoher fachlicher Kompetenzen und kontinuierlicher Fort- und Weiterbildung der Lehrkräfte, bekräftigt der VBIO, in dem auch unsere DBG Mitglied ist.

Quelle: VBIO

Invasive Arten bedrohen die Artenvielfalt auch in Deutschland. Nach einer vom Bundesamt für Naturschutz (BfN) beauftragten Gefährdungsursachenanalyse sind invasive Arten bei 24 von 1.200 bestandsgefährdeten Rote-Liste-Artengruppen eine Hauptgefährdungsursache. Das geht aus einer Antwort der Bundesregierung (20/9237) auf eine Kleine Anfrage der CDU/CSU-Fraktion (20/8844) hervor, meldet der Dienst Heute im Bundestag (hib).

Quelle: hib

Die Auswirkungen des Klimawandels stellen den Getreideanbau in vielen Regionen vor große Herausforderungen. In einer vor etwa einer Woche in der Fachzeitschrift Nature Reviews Earth & Environment veröffentlichten Studie haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) untersucht, wie sich wärmere Temperaturen, ein erhöhter Kohlendioxidgehalt und eine veränderte Wasserverfügbarkeit auf weltweit wichtige Getreidearten wie Weizen, Mais, Hirse, Sorghum und Reis auswirken: Bei einem Klimawandelszenario ohne Anpassungsmaßnahmen liegen die simulierten globalen Ertragsverluste bei Getreide zwischen sieben und 23 Prozent.

Quelle: ZALF

Ein Forschungsteam hat in einer Studie nachweisen, dass in artenreicheren Umgebungen pflanzliche Biomasse entsteht, die sich nach dem Absterben im Boden langsamer zersetzt. Das hat zur Folge, dass mehr Kohlenstoff im Boden gespeichert wird. In trockenen und heißen Klimazonen ist dieses Phänomen besonders ausgeprägt. Die im Oktober im Fachjournal Nature Communications veröffentlichte Studie basiert auf Daten aus 84 Grasländern auf insgesamt sechs Kontinenten. Studienleiterin Marie Spohn von der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften und 29 weitere Forschende aus der ganzen Welt haben mit ihrer Untersuchung das Verständnis dafür erheblich erweitert, wie die Kohlenstoffspeicherung in Grasländern funktioniert und mit der biologischen Vielfalt und dem Klima zusammenhängt. Professorin Sylvia Haider von der Leuphana Universität Lüneburg hat für die Studie eine Fläche in Bad Lauchstädt, südlich von Halle, untersucht.

Quelle: Leuphana Universität Lüneburg