Wochenchronik: Pflanzenforschung und Botanik KW #12 (2024)

Forschende haben Neuland betreten und gezeigt, dass ein HMG-Box-Gen in Braunalgen für die Bestimmung des männlichen Geschlechts entscheidend ist. Dieser Durchbruch erweitert das Verständnis der Mechanismen zur Geschlechtsbestimmung in eukaryotischen Organismen erheblich. Bislang waren die Gene, die maßgeblich zur Geschlechtsbestimmung beitragen, nur bei einigen wenigen Wirbeltieren und Pflanzen identifiziert worden. Die von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Biologie in Tübingen in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Studie beleuchtet die evolutionären Parallelen in den Entwicklungswegen zwischen Tieren und Algen, obwohl sie vor Millionen von Jahren unabhängig voneinander entstanden sind. Sie unterstreicht die wiederkehrende Verwendung eines gemeinsamen genetischen „Bausatzes“ für lebenswichtige biologische Funktionen bei weit voneinander entfernten Abstammungslinien. Die Forschungsergebnisse bieten nicht nur tiefere Einblicke in die Fortpflanzungsbiologie von Braunalgen, sondern decken auch entfernte evolutionäre Konvergenzen auf.

Quelle: MPI für Biologie

Wer analysieren will, braucht Daten: Forschende der Universität Bonn und ETH Zürich haben eine Datenbank veröffentlicht, die über 6.000 Agrar-Umwelt-Politiken enthält. Damit erhalten Forschende aber auch Politiker und Unternehmen die Möglichkeit, den verschiedensten Fragenstellungen nachzugehen. Dies demonstrieren die Forschenden anhand der Beispiele, wie die wirtschaftliche Entwicklung eines Landes mit der Einführung von Agrar-Umwelt-Politiken zusammenhängt oder welchen Einfluss nationale Strategien auf die Bodenerosion haben. Die Studie wurde nun in Nature Food veröffentlicht. Die Datenbank ist öffentlich zugänglich unter: https://zenodo.org/records/10842614 

Quelle: Uni Bonn

Gourmets schätzen die Spitzen des Queller, einer schmackhaften Pflanze, auch Meeresspargel genannt. Bislang fristete er ehr ein Nischendasein. Für die industrielle Massenproduktion von Lebensmitteln wird die Pflanze, die auf Salzwiesen oder im Watt wächst, bislang nicht genutzt. Dabei haben Pflanzen wie der Europäische Queller (Salicornia europaea) viele Qualitäten – das ist das Ergebnis des europaweiten Forschungsprojekts Aquacombine, in dem sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mehr als vier Jahre lang mit dem Potenzial von Halophyten befasst haben. So dient Queller nicht nur als Nahrung, sondern verfügt über wertvolle Polyphenole, kann als Filter in salzhaltigem Wasser eingesetzt werden und trägt darüber hinaus durch sein Wurzelwerk maßgeblich zum Küstenschutz bei. Das Institut für Botanik an der Leibniz Universität Hannover (LUH) war unter Leitung von Prof. Dr. Jutta Papenbrock im EU-Programms Horizon 2020 als einer von 17 Projektpartnern dabei. Die Vorteile: Halophyten brauchen kein Süßwasser und wachsen an Küsten oder in Salzwüsten, also auch dort, wo andere Pflanzen nicht gedeihen. Dabei benötigt die Pflanze wenig Platz. Versuche am Institut für Botanik der LUH mit einer eigens aufgebauten Pilotanlage zeigten, dass die Aufzucht auch in einem Gewächshaus mit Kunstlicht möglich ist und dass sich der Ertrag unter günstigen Bedingungen, wie einer optimalen Salzkonzentration in der Nährlösung, erheblich steigern lässt, was langfristig für die Produktion von Queller in großem Umfang wichtig wäre. Hinzu kommt, dass gerade Salicornia nicht nur schmackhaft ist, sondern auch gesund: Die Pflanze ist reich an Polyphenolen, diese wirken antioxidativ und entzündungshemmend. Mithilfe molekularbiologischer Techniken haben die Forschenden ausßerdem das Geheimnis der außergewöhnlichen Salztoleranz des Europäischen Quellers beschrieben.

Quelle: LUH

Winzlinge wie Bakterien und Pilze helfen Pflanzenwurzeln bei ihrer Arbeit und fördern ihre Gesundheit. Eine gängige Vorstellung ist, dass die Zusammensetzung dieser Mikroben von den Bodeneigenschaften abhängt. Jedoch hat nun ein internationales Forschungsteam unter Federführung der Universität Bonn an verschiedenen lokalen Maissorten herausgefunden, dass die Erbanlagen der Pflanze ebenfalls dazu beitragen, welche Mikroorganismen sich an der Wurzel tummeln. Die Ergebnisse, die nun in der Fachzeitschrift Nature Plants veröffentlicht sind, könnten künftig dabei helfen, besser an Dürre und Nährstoffmangel angepasste Maissorten zu züchten.

Quelle: Uni Bonn

Welche genetischen Mechanismen das flächige Wachstum der Blätter steuern, haben Dr. Emanuele Scacchi und Professorin Marja Timmermans vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen der Universität Tübingen analysiert. Gemeinsam mit einem internationalen Team schildern sie im Fachblatt Nature Plants, wie eine Art eingebautes GPS jede Blattzelle über ihre relative Position im wachsenden Blatt informiert. Das Ordnungsmuster entspricht einem biologischen Konzept der Selbstorganisation, das der legendäre Mathematiker und Denker Alan Turing vorhergesagt hatte. In der aktuellen Studie hatte ein Team aus der Mathematik und praktischen Biologie zusammengearbeitet, um mit Hilfe von Computermodellen, Methoden der molekularen Genetik und bildgebenden Verfahren am lebenden Organismus die Prozesse zu verfolgen. Das Team entdeckte, dass im wachsenden Blatt sogenannte kleine RNAs eine entscheidende Rolle bei der Steuerung spielen. Als mobile Boten sind sie bei der Kommunikation der Zellen untereinander im Einsatz und helfen den Zellen, ihre relative Position zueinander im Gefüge wahrzunehmen – wie ein GPS. Außerdem übermitteln die kleinen RNAs Informationen, über die koordiniert wird, welche Gene jeweils an der Ober- und Unterseite aktiviert oder gehemmt werden müssen, damit das Blatt die richtige Form und Funktion erhält.

Quelle: Uni Tübingen

Die Online-Fortbildungsreihe "Faszination Biologie" des Verbandes Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland (VBIO) wird am 23. April 2024 von 17.00 bis 19.00 Uhr fortgeführt mit dem Thema: „Der Duft der Pflanzen – ein flüchtiges Alphabet zur Kommunikation mit ihrer Umwelt“. Dieses wissenschaftliche Webinar richtet sich nicht nur an Unterrichtende, sondern an alle Interessierten. Darin wird Prof. Dr. Jörg-Peter Schnitzler vom Helmholtz-Zentrum München beispielsweise beantworten, welche pflanzlichen Duftstoffe („volatile organic compounds“, VOCs) werden unter sich ändernden Umweltbedingungen emittiert? Welche biochemischen Prozesse und Strukturen sind daran beteiligt? Welche Aufgaben haben VOCs, insbesondere Terpenoide, für die Pflanze selbst? Was weiß man über die Erkennung und Wahrnehmung dieser Verbindung sowie über die Signalverarbeitung? Gibt es Möglichkeiten für eine biotechnologische Nutzung und welche Rolle können diese Kommunikationsmöglichkeiten bei neuen nachhaltigen Pflanzenschutzkonzepten spielen, etwa beim Smart Agriculture? Der VBIO bittet um möglichst frühzeitige Anmeldung zum online-Vortrag.

Quelle: VBIO

Seit Ende 2023 können sich interessierte Bürgerwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler aktiv an einem Forschungsprojekt der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) beteiligen. Im Projekt „PUKI“ („Pflanze, Umwelt, Klima, Interaktion“, siehe: www.puki.hhu.de) sind sie eingeladen, bestimmte Pflanzen in ihrer Umgebung zu finden, zu fotografieren, zu vermessen und Proben zu sammeln. Die Botanikerinnen und Botaniker der HHU wollen damit die Anpassungsfähigkeit von Pflanzenarten an Umweltbedingungen erforschen. Vier Pflanzenarten stehen auf dem Untersuchungsprogramm: Die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), das Viermännige Schaumkraut (Cardamine hirsuta), das Gewöhnliche Hirtentäschel (Capsella bursa-pastoris) und der Schmalblättrige Doppelsame (Diplotaxis tenuifolia). „Diese Pflanzen sind auf den ersten Blick unscheinbar. Sie sind aber deshalb für uns so interessant, weil sie an vielen außergewöhnlichen Orten gerade in Städten zu finden sind; so wachsen sie selbst in Betonritzen,“ sagt Koordinator Dr. Bruno Walther.

Quelle: HHU

Wie ein internationales Forschungsteam an Maispflanzen herausfand, tragen nicht nur die Eigenschaften des Bodens, sondern auch die Erbanlagen der Pflanze dazu bei, welche der Mikroben sich an der Wurzel tummeln. Dies wurde auch durch den Einsatz des Werkzeugkastens der quantitativen Genetik ermöglicht. Die Ergebnisse der Studie unter Federführung der Universität Bonn (siehe Meldung oben) und unter Beteiligung des IPK Leibniz-Institutes sind im Journal Nature Plants erschienen und könnten helfen, besser an Dürre und Nährstoffmangel angepasste Maissorten zu züchten.

Quelle: IPK (pdf)

Mit neuartigen Technologien hat ein Forschungsteam das komplexe Erbgut der bedeutenden Sauerkirschsorte Prunus cerasus L. untersucht. Das Team unter Federführung des Julius Kühn-Instituts (JKI), der Universität Greifswald und der niederländischen Firma KeyGene zieht im Fachjournal Frontiers in Plant Science Rückschlüsse auf Entstehung der Obstart, das ein umpfangreiches, tetraploides Genom hat. In der Publikation beschreiben die Forschenden, wie sie mittels einer neuartigen Technologie, mit der lange DNA-Sequenzen erzeugt werden können, sowie Bioinformatik-Kniffen die Bausteine des Erbguts entschlüsselt haben. Mit der Genomsequenz der Schattenmorelle liegen nun alle wichtigen genetischen Daten vor, um Rückschlüsse auf die Entstehung der Sauerkirschen zu ziehen.

Quelle: JKI

Die EU-Kommission hat heute eine Reihe gezielter Maßnahmen zur Förderung der Biotechnologie und der Bioproduktion in der EU vorgeschlagen. In ihrer Mitteilung über die Natur als Fundament der Zukunft werden die damit in Zusammenhang stehenden Herausforderungen und Hürden aufgezeigt und Vorschläge unterbreitet, wie diese im Einklang mit der Mitteilung über die langfristige Wettbewerbsfähigkeit der EU angegangen werden können. Wegen der Fortschritte im Bereich der Biowissenschaften, die mithilfe von Digitalisierung und künstlicher Intelligenz (KI) erzielt werden, und der Möglichkeiten, die sich aus biobasierten Lösungen zur Behebung gesellschaftlicher Probleme ergeben, zählen Biotechnologie und Bioproduktion zu den vielversprechendsten technologischen Gebieten dieses Jahrhunderts. Biotechnologie und Bioproduktion können die EU dabei unterstützen, die Umgestaltung ihres Agrar-, Forst-, Energie-, Lebensmittel- und Futtermittelsektors sowie ihrer Industrien voranzutreiben. Außerdem können sie einen Beitrag zu einer wettbewerbsfähigeren und widerstandsfähigeren EU leisten, die ihren Bürgerinnen und Bürgern eine bessere Gesundheitsversorgung bietet und ihren grünen und ihren digitalen Wandel erfolgreich voranbringt.

Quelle: EU Kommission

Um Bakterienstämme zu verfolgen, die Pflanzengewebe im Wettbewerb mit anderen Mitgliedern des Mikrobioms besiedeln, haben Forschende nun ein modulares Toolkit entwickelt. Das Team unter der Leitung von Paul Schulze-Lefert vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln (MPIPZ) hat die Studie in der Zeitschrift Nature Microbiology veröffentlicht. Bislang reichte die Erstellung von DNA-Sequenz-basierten Mikrobiota-Profilen nicht aus, um die tatsächliche genetische Vielfalt der mikrobiellen Gemeinschaft auf dem Pflanzenwirt zu erfassen. Das Toolkit wird als DNA-Strichcode für Bakterienstämme eingesetzt. Ein DNA-Strichcode wird zunächst in das Chromosom eines einzelnen Stammes einer Mikrobiomgemeinschaft eingefügt. Bei anschließenden Analysen von Mikrobiomprofilen auf Pflanzen wird der DNA-Strichcode als synthetisches mikrobielles Markergen betrachtet. Neben dem DNA-Strichcode wurden zudem genetische Bausteine für fluoreszierende Proteine eingebaut. Letztere ermöglichen es, mit hochempfindlichen Fluoreszenzdetektoren zu kartieren, wo ein kodierter Bakterienstamm in Konkurrenz zu anderen Mikrobiom-Mitgliedern pflanzliches Gewebe besiedelt. Getestet haben die Forschendend das Toolkit mit dem pflanzenwachstumsfördernden Bakterium Pseudomonas capeferrum.

Quelle: MPIPZ

Namibias berühmte Feenkreise sind geheimnisvolle kreisförmige Kahlstellen im trockenen Grasland am Rande der Namib-Wüste. Ihre Entstehung wird seit Jahrzehnten erforscht und in jüngster Zeit viel diskutiert. Mit umfangreicher Feldarbeit haben Forschende der Universität Göttingen und der Ben-Gurion-Universität (Israel) untersucht, wie frisch gekeimte Gräser im Feenkreis absterben. Dazu haben sie 500 einzelne Graspflanzen in vier Regionen der Namib anhand von Messungen der Wurzel- und Blattlängen, statistischen Tests und vergleichenden Fotodokumentationen. Zudem nahmen sie viele hundert Messungen der Bodenfeuchte während und nach der Regenzeit 2023 und 2024 vor. Ihre Ergebnisse zeigen, dass sie durch Wassermangel im Feenkreis verkümmern. Der Oberboden, also die obersten 10 bis 12 Zentimeter des Bodens, wirken dabei als eine Art „Todeszone“, in der junge Gräser nicht dauerhaft überleben. Stattdessen sterben sie zwischen 10 und 20 Tage nach dem Regen. Dass sie dabei keine Spuren von Termitenfraß zeigen, widerlegt den Forschenden nach eine konkurrierende Theorie. Die Ergebnisse haben die Forschenden in der Fachzeitschrift Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics veröffentlicht.  

Quelle: Uni Göttingen

Die dreidimensionale Struktur des Mikrobioms bei Pflanzenwurzeln haben nun Forschende der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) untersucht. Die Forschenden nutzten dazu einen sogenannten „Multi-omics“-Ansatz. In der Fachzeitschrift Cell Host & Microbe berichten sie von unterschiedlichen räumlichen Zusammensetzungen, die sich auch auf den Stoffwechsel auswirken. Hierzu hatten sie zwei experimentelle Anzuchtsysteme entwickelt, mit denen sie die Wurzelmikrobiota von Arabidopsis analysieren können: CD-Hüllen-Rhizotrone und ArtSoil-Wachstumsmedien. Mit Hilfe dieser beiden Systeme wiesen sie eine räumliche Differenzierung der Mikroflora entlang der Längsachse der Wurzel organisierter Mikrobiota nach, eine entsprechende Differenzierung pflanzlicher Metabolite und der Stoffwechselaktivitäten. Hauptautorin Dr. Eliza Loo vom Institut für Molekulare Physiologie der HHU: „Mithilfe von bioinformatischen und genetischen Methoden identifizierten wir drei sogenannte SWEET-Zuckertransporter, die zur Verteilung von Zucker und anderen Stoffwechselprodukten entlang der Wurzel beitragen. Diese Transportmoleküle sind für die räumliche Besiedlung durch Wurzelbakterien erforderlich.“ „Die Erkenntnisse können dazu beitragen, die mikrobiellen Gemeinschaften zu optimieren und damit einen verbesserten Schutz der Pflanzen vor Krankheitserregern und so eine bessere Pflanzengesundheit zu erreichen", sagt Dr. Paloma Durán vom MPIPZ, die zweite Hauptautorin der Studie.

Quelle: HHU

Mit dem Portal „Algen Deutschlands“ https://algen.rotelistezentrum.de wird es künftig leichter, Beobachtungsdaten von Algen zu erfassen und für den Naturschutz und die Roten Listen zu verwenden. Zu seinem Start im März 2024 enthält das Portal bereits 71.000 Nachweisdaten zu verschiedenen Gruppen von Süßwasseralgen. Beobachtungsdaten zu den marinen Makroalgen und den Dinoflagellaten Deutschlands sollen folgen. Geprüfte Daten werden für Zwecke des Naturschutzes, für wissenschaftliche Auswertungen und für die Erstellung der Roten Listen Deutschlands verwendet. Der Besuch des Webportals steht grundsätzlich allen Privatpersonen oder Institutionen offen, für die Nutzung wird keine Gebühr erhoben.

Details: Rote Liste Zentrum (via DLR)

Von der noch unentdeckten Artenvielfalt über widerstandsfähige Wälder bis zu den Auswirkungen des Lebensmittelkonsums auf die Natur: 64 Expertinnen und Experten haben jetzt ihr Wissen und ihre Empfehlungen gebündelt und in Form von „10 Must-Knows aus der Biodiversitätsforschung“ für 2024 veröffentlicht. Der neue Bericht des Leibniz-Forschungsnetzwerks Biodiversität, dem auch das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) angehört, zeigt Politik und Gesellschaft konkrete Wege auf, wie die biologische Vielfalt auf lokaler, nationaler und europäischer Ebene wirksam erhalten und nachhaltig genutzt werden kann, und wie sich dadurch zugleich das Klima schützen lässt. Mit der Veröffentlichung tragen die Forschenden aktuelle, wissenschaftliche Fakten zusammen und somit zur Debatte um die nationale Biodiversitätsstrategie bei, die noch vor der nächsten Weltnaturkonferenz im Herbst 2024 verabschiedet werden soll.

Quelle: PIK

Im Sonderforschungsbereich ECOSENSE entwickeln Forschende der Mikrosystemtechnik und der Umweltwissenschaften gemeinsam neue Sensoren, um die Reaktion von Wäldern auf den Klimawandel zu untersuchen. Der Ansatz von ECOSENSE ist einzigartig: Statt auf vorgefertigte Sensoren zurückzugreifen, arbeiten Umweltwissenschaftler*innen mit Mikrosystemtechniker*innen zusammen an der Entwicklung von Sensorik, Datenübertragungstechniken und Fertigungsverfahren. So entstehen etwa kleine vernetzte Sensoren, die sich an einzelnen Blättern oder Wurzeln anbringen lassen. „Damit können wir wirklich detailliert und in großer Vielzahl einzelne Blätter, einzelne Wurzel-Boden-Interaktionen oder andere kleinräumige Prozesse in ihrer ganzen Heterogenität messen“, erklärt Prof. Dr. Christiane Werner, Professorin für Ökosystemphysiologie an der Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen der Universität Freiburg. Über das Forschungsprojekt berichten die Beteiligten anlässlich des Internaitonalen Tag des Waldes am 21. März, den die Vereinten Nationen ausgerufen haben.

Quelle: Uni Freiburg