Wochenchronik: Pflanzenforschung und Botanik KW #19 (2024)

Pflanzen passen sich mit der Zeit genetisch an die speziellen Verhältnisse der Bio-Landwirtschaft an, wie eine Langzeit-Studie der Universität Bonn zeigt. Dazu bauten die Forschenden des Instituts für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) auf zwei benachbarten Feldern Gerstenpflanzen an; einmal unter konventionellen und einmal unter ökologischen Bedingungen. Im Laufe von mehr als 20 Jahren reicherten sich in der Bio-Gerste ganz spezifische Erbanlagen an - andere als in der Vergleichs-Kultur. Bei den genetischen Untersuchungen zeigten sich nun zwei interessante Trends: In den ersten zwölf Jahren veränderte sich die Allel-Häufigkeit der Gerste auf beiden Feldern in dieselbe Richtung. In den Jahren danach entwickelten sich die Allel-Frequenzen der beiden Kulturen jedoch zunehmend auseinander. So reicherten sich unter Öko-Bedingungen vor allem Genvarianten an, die für eine geringere Empfindlichkeit gegen Nährstoff- oder Wassermangel sorgen - also etwa Allele, die die Struktur der Wurzel beeinflussen. Als Grund vermuten die Forschenden Grund die stärker schwankende Nährstoff-Verfügbarkeit im Ökolandbau. Die konventionell angebaute Gerste wurde zudem mit der Zeit genetisch immer einheitlicher; die einzelnen Pflanzen auf dem Feld ähnelten sich also hinsichtlich ihres Erbguts von Jahr zu Jahr stärker. Bei der Bio-Gerste blieb die Heterogenität dagegen höher. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, wie sinnvoll die Züchtung von Sorten ist, die für den Biolandbau optimiert sind. Denn sie sind aufgrund ihrer an diese Bedingungen angepassten genetischen Ausstattung robuster und versprechen höhere Erträge. Die Ergebnisse sind nun in der Zeitschrift Agronomy for Sustainable Development erschienen.

Quelle: Uni Bonn

Ein neues Graduiertenkolleg (GRK) mit dem Titel Evolutionary Genomics: Consequences of Biodiverse Reproductive Systems (EvoReSt) verfolgt interdisziplinär die Evolution von Genomen unter verschiedenen Reproduktionsformen an Organismen aus dem gesamten „Tree of Life“ untersucht. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen die Evolution des Kerngenoms mit asexueller und sexueller Fortpflanzung bei Tieren, Pflanzen und Pilzen, außerdem die Interaktion zwischen Kerngenom und den Organellen-Genomen. Darüber hinaus ist horizontaler Gentransfer mittels Viren ein noch wenig erforschtes Thema. Die Weiterentwicklung von Methoden und Modellen zur modernen Genom-Untersuchung ist ebenfalls ein wichtiger Fokus des GRK. „Die komplette Sequenzierung und Analyse von Genomen ist heute auch für Organismen möglich, die nicht zu den klassischen Modell-Systemen gehören“, erläutert GRK-Sprecherin Prof. Dr. Elvira Hörandl vom Albrecht-von-Haller-Institut für Pflanzenwissenschaften. „Mit diesem Ansatz können wir evolutionäre Hypothesen zur Mutationsdynamik empirisch testen, die bisher nur theoretisch vorausgesagt werden konnten. Damit lässt sich die Dominanz der sexuellen Fortpflanzung in der Natur, ein zentrales Thema der Evolutionsbiologie, besser verstehen.“ Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert das GRK in den kommenden fünf Jahren mit insgesamt rund 6,6 Millionen Euro.

Quelle: Uni Göttingen

In einem Verbundprojekt setzen sich Forschende mit alten Nutzpflanzen-Sorten  auseinander, erforschen Wurzeleigenschaften und untersuchen, ob eine Sortenmischung die Ertragsstabilität in der Klimakrise erhöhen kann. Die nun gestartete zweite Phase des Projekts namens RhizoTraits wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit insgesamt 1,9 Mio. € finanziert. In der kürzlich abgeschlossenen ersten Phase des Projekts fand das Konsortium heraus, dass alte Maissorten, sogenannte Landsorten, bei Trockenheit eine erhöhte Plastizität in den Eigenschaften ihrer Wurzeln und der Rhizosphäre aufweisen, was Anpassungen an wechselnde Umweltbedingungen erleichtern könnte. Grundsätzlich zeigten die alten und modernen Sorten Unterschiede in ihrer Strategie zur Wasser- und Nährstoffaufnahme: Die alten Maissorten verfügen über längere und schlankere Wurzeln, während moderne Sorten eher auf die Symbiose mit Wurzelpilzen setzen. Nun wollen die Forschenden unter der Koordination Prof. Dr. Johanna Pausch, Professorin der Agrarökologie an der Uni Bayreuth diese unterschiedlichen Strategien genauer verstehen und testen, ob die Strategien unter sich ändernden Klima- und Bodenbedingungen stabil bleiben. Zudem wird eine Sortenmischung mehrerer Maissorten mit unterschiedlichen Anpassungsstrategien und deren Auswirkungen auf die Ertragsstabilität analysiert. Weitere Projektpartner im Konsortium sind die Technische Universität München, die Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft sowie das Karlsruher Institut für Technologie.

Quelle: Uni Bayreuth

Im Meer haben Forschende eine bisher unbekannte Partnerschaft zwischen einer Kieselalge und einem Bakterium gefunden, die für große Teile der Stickstofffixierung in weiten Ozeanregionen verantwortlich sein kann. Der neu beschriebene, bakterielle Symbiont ist eng verwandt mit stickstofffixierenden Rhizobien, die mit vielen Kulturpflanzen zusammenleben. Diese Entdeckung könnte neue Wege für die Entwicklung von stickstofffixierenden Pflanzen eröffnen. Die Forschenden des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie stellen die Symbiose im Fachmagazin Nature vor.

Quelle: MPI für Marine Mikrobiologie

Die anhaltenden Verluste an biologischer Vielfalt durch die Ausweitung und Intensivierung der Landwirtschaft sind dramatisch. In einem Meinungsartikel in der Fachzeitschrift Trends in Ecology and Evolution argumentieren Wissenschaftler der Universitäten Göttingen und Hohenheim sowie dem Centre for Ecological Research in Vácrátót in Ungarn, dass ein Mix aus Maßnahmen in der Landwirtschaft und für Schutzgebiete notwendig ist, um die Artenvielfalt zu erhalten und zu fördern. „Mit diesem Artikel wollen wir einen Beitrag dazu leisten, die falsche Dichotomie der „land sparing versus land sharing“-Debatte zu überwinden“, sagen der Erstautor, der Göttinger Agrarökologe Prof. Dr. Teja Tscharntke und seine beiden Koautoren, Dr. Péter Batáry vom Centre for Ecological Research in Vácrátót, Ungarn, und Prof. Dr. Ingo Grass von der Universität Hohenheim. Bei dieser Debatte geht es darum, ob es eher eine Integration (land sharing) oder Segregation (land sparing) von Naturschutz-Maßnahmen und landwirtschaftlicher Produktion geben soll.  

Quelle: Uni Göttingen

Forschende berichten über die Entdeckung eines Schloss und Schlüssel-Prinzips wie RALF-Peptide (für Rapid ALkalinization Factors) nur das Einwachsen eigener Pollenschläuche ermöglichen und über eine Doppelrolle als Zellwandkomponenten und extrazelluläre Sensoren der Zellwandintegrität von Pollenschläuchen. Die Forschenden haben jetzt sog. sRALFs entdeckt, die in Papillenzellen der Blütennarbe kontrollieren, dass nur eigene Pollenschläuche ins Transmissionsgewebe eindringen können. Nur wenn kompatible pRALFs in Pollen vorhanden sind, wird nach einem Schloss und Schlüssel-Prinzip das Einwachsen eigener Pollenschläuche ermöglicht. Damit zeigen die Wissenschaftler*innen aus China und Regensburg im Fachmagazin Plant Cell die Rollen von sekretierten Peptiden während der Befruchtung bei Maispflanzen. In ersten Anwendungen haben die Forschenden dieses Wissen bereits genutzt, um Kreuzungsbarrieren zwischen Pflanzenarten zu überwinden, die bisher nicht gekreuzt werden können – mit dem langfristigen Ziel neue und verbesserte Nutzpflanzen erzeugen zu können.

Quelle: Uni Regensburg

Anlässlich des Internationalen Tages für Pflanzengesundheit am 12. Mai informieren die Freiburger Biolog*innen Jürgen Kleine-Vehn, Thomas Ott und Aida Maric über die Relevanz von Grundlagenforschung zu Wachstum, Nährstoffaufnahme und Widerstandsfähigkeit von Pflanzen. Wenn Pflanzen unter einem veränderten Klima, Extremwetterereignissen, Schadorganismen und ausgelaugten Böden leiden, gefährdet das die Existenzgrundlage der wachsenden Weltbevölkerung. Das hat die Vereinten Nationen veranlasst, diesen besonderen Tag ins Leben zu rufen, um daran zu erinnern, wie essentiell der Schutz der Pflanzengesundheit für uns Menschen ist – für die Sicherung unserer Ernährung, für weniger Armut und für den Schutz unserer Umwelt. Neue Ansätze für die Förderung der Pflanzengesundheit kommen aus der Grundlagenforschung: Am Exzellenzcluster CIBSS der Universität Freiburg erforschen Wissenschaftler*innen, welche biologischen Prozesse das Wachstum und die Widerstandsfähigkeit von Pflanzen steuern. Daraus ergeben sich neue Lösungswege, um Nutzpflanzen die Anpassung an veränderte Umweltbedingungen zu erleichtern und ihre Gesundheit zu erhalten. Jürgen Kleine-Vehn erforscht, wie Pflanzen Informationen aus ihrer Umwelt verarbeiten und darauf reagieren, indem sie ihr Wachstum an die äußeren Gegebenheiten anpassen. Zentral dafür sind Pflanzenhormone. Thomas Ott erforscht eine Symbiose zwischen Hülsenfrüchtlern wie Bohnen oder Erbsen und bestimmten Bakterien. Ein Ziel von Otts Forschung ist, die Fähigkeit, diese Symbiose einzugehen, auf weitere Nutzpflanzen zu übertragen. Aida Maric erforscht, welche Prozesse in Pflanzen ablaufen, wenn Böden plötzlich durch Extremwetterereignisse überfluten. Sie sucht Möglichkeiten, wie sich die Menge an Ethylen in so einem Fall reduzieren ließe, zum Beispiel durch den gezielten Einsatz natürlicher Bodenbakterien. In Videos geben die drei Forschenden jeweils Auskunft über Ihre Forschungen.

Quelle: Uni Freiburg

Die Universität Freiburg interviewte Daniela Kleinschmit, Professorin für Forst- und Umweltpolitik und angehende Präsidentin der internationalen Dachorganisation der Forstwissenschaften IUFRO, die in dieser Woche ihre Ergebnisse bei den Vereinten nationen in New York präsentieren wird. Dort wird beim Waldforum (UNFF19) über Fragen der internationalen Wald-Governance beraten, also darüber, wie Staaten und internationale Organisationen gute Regeln für die Nutzung und Erhaltung der globalen Wälder finden können. Ein wichtiger Impulsgeber wird dabei ein Bericht sein, den ein internationales Team von Forstwissenschaftler*innen unter der Leitung von Professorin Kleinschmit erstellt hat.

Quelle: Uni Freiburg