Wochenchronik: Pflanzenforschung und Botanik KW #32 (2025)

Forschende haben das Genom-Stoffwechselmodell Kartoffel-GEM entwickelt, um den Kompromiss zwischen Wachstum und Abwehr im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel von Nutzpflanzen zu untersuchen. Das mathematische Modell ermöglicht eine umfassende Analyse des Zusammenspiels zwischen Wachstums- und Abwehrprozessen und ist eine hervorragende Plattform für die weitere Entwicklung und Anwendung. Das Kartoffel-GEM haben Forschende der Universitäten Potsdam und Erlangen, des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie und des National Institute of Biology, Ljubljana, nun im Fachjournal PNAS publiziert. Die erste groß angelegte metabolische Rekonstruktion dieser Art stellt eine nützliche Ressource dar, um zukünftig Pflanzensorten mit verbesserter Stresstoleranz und hohem Ertrag zu züchten. 

Vom photosynthetisch gewonnenen Kohlenstoff geben Pflanzen einen beträchtlichen Teil in Form organischer Substanzen in den Boden ab, wovon Bakterien profitieren. Wie das genau funktioniert, haben Forschende um Prof. Dr. Claudia Knief, Mitglied im Transdisziplinären Forschungsbereich Sustainable Futures an der Universität Bonn, und vom Forschungszentrum Jülich untersucht. Ihre Ergebnisse stellen sie nun im Journal Nature Communications vor. 

Wie Uran chemisch mit Kieselalgen wechselwirkt, hat ein internationales Forschungsteam aufgeklärt. Dass Uran über die Nahrungskette weitergegeben werden kann, ist schon länger bekannt. Bislang jedoch fehlen grundlegende Erkenntnisse, wie diese Prozesse im Einzelnen ablaufen und wie kritisch die Folgen für Mensch und Umwelt sind. Nähere Erkenntnisse hierzu förderte nun eine Doktorarbeit zutage, die die Wissenschaftler*innen gemeinsam mit Forschenden des Labors Subatech des Centre national de la recherche scientifique (CNRS) aus Frankreich umgesetzt haben. „Mit unserer Studie konnten wir nachweisen, dass Kieselalgen Uran nicht nur binden können, sondern auch ins Zellinnere aufnehmen“, resümiert Chemikerin Dr. Susanne Sachs vom Institut für Ressourcenökologie am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) über die im Fachjournal Scientific Reports erschienene Studie. „Zudem konnten wir erste Erkenntnisse zu den hierbei entstehenden chemischen Bindungsformen gewinnen.“ Unsicher sei jedoch, wie stark mit den Algen vergesellschaftete Bakterien zu den Bindungen beigetragen haben könnten – und ob sich die chemischen Bindungen mit der Zeit womöglich stark veränderten. Da Algen Ausgangspunkt der Anreicherung gesundheitsschädlicher Stoffe in der Nahrungskette sein können, helfen die Ergebnisse, die Auswirkung von Uraneinträgen in natürliche Kreisläufe besser zu verstehen.

Extreme Hitzeperioden führen, neben anderen negativen Effekten, häufig zu einer erhöhten Belastung durch bodennahes Ozon. Das ist gefährlich für Mensch, Umwelt und Landwirtschaft. Eine Studie im Fachmagazin npj Clean Air liefert nun überraschende Erkenntnisse: Bei starker globaler Erwärmung könnte die Ozonbelastung in einigen Regionen der Welt zurückgehen. Mit einem mit einem „Storyline-Ansatz“ konnten die Forschenden unter Federführung des Forschungszentrums Jülich den reinen Einfluss von Temperatur und Luftfeuchtigkeit analysieren. Das Ergebnis: Bei einer Erwärmung von +2 °C steigt die bodennahe Ozonbelastung in vielen Regionen zunächst an. Erstaunlicherweise kehrt sich dieser Trend, der bei der Simulation sichtbar wurde, bei einer stärkeren Erwärmung um +2,75 °C um: Die Hintergrundkonzentration von Ozon nimmt in der gesamten nördlichen Hemisphäre deutlich ab. Pflanzen sind dabei entscheidender Einflussfaktor und spielen eine Doppelrolle: Sie können Ozon über ihre Blätter aufnehmen und tragen so zur Luftreinigung bei. Gleichzeitig geben sie Wasser ab und kühlen so ihre Umgebung. Allerdings reagieren Pflanzen sowohl auf Trockenstress als auch auf die verstärkte Belastung durch Ozon, indem sie ihre Spaltöffnungen schließen – das verringert sowohl den Kühleffekt als auch die Ozonaufnahme. „Unsere Studie zeigt, dass die Stressreaktionen von Pflanzen ein zentraler, bisher unterschätzter Faktor bei der zukünftigen Entwicklung der Ozonbelastung sind“, so der Jülicher Atmosphärenforscher Domenico Taraborrelli.

Versteinerte Dinosaurierzähne zeigen, dass die Atmosphäre während des Mesozoikums vor 252 bis 66 Millionen Jahren weit mehr Kohlenstoffdioxid enthielt als heute. Das haben Forschende der Universitäten Göttingen, Mainz und Bochum durch die Analyse von Sauerstoff-Isotopen im Zahnschmelz herausgefunden. Wie sie im Fachjournal PNAS schildern, kam dabei eine neu entwickelte Methode zum Einsatz, welche die Mengenverhältnisse aller drei Sauerstoffisotope analysiert und neue Perspektiven für die erdgeschichtliche Klimaforschung eröffnet. Zudem zeigen die Isotopendaten, dass damals die gesamte Photosynthese-Leistung aller Pflanzen doppelt so hoch wie heute war. 

Forschende des Julius Kühn-Instituts (JKI) erforschen im BEET-Protect genaannten Projekt, ob sich das Schadinsekt mit Duftstoffen von den Wirtspflanzen weglocken oder vertreiben lässt. Die Zuckerrübe und ihr heimischer Anbau werden aktuell durch zwei Bakterien bedroht. Die beiden Erreger (Candidatus Arsenophonus phytopathogenicus und Candidatus Phytoplasma solani) nutzen dabei die Schilf-Glasflügelzikade als Taxi und ihre Saugtätigkeit als Eintrittspforte, um die Pflanzen zu infizieren. Die vormals eher harmlose Zikade (Pentastiridius leporinus) ist seit fünf Jahren auf dem Vormarsch durch die Zuckerrübenanbaugebiete. Das neue Forschungsprojekt am Julius Kühn-Institut in Dossenheim stellt Infochemikalien in den Mittelpunkt, flüchtige Substanzen, die von Pflanzen aber auch von den Insekten ausgesendet werden. Im BEET-Projekt soll nun aufgeklärt werden, welche Infochemikalien an dem Zusammenspiel zwischen Zuckerrübe, der Schilf-Glasflügelzikade und den Bakterien beteiligt sind. Das vom Verband der deutschen Zuckerindustrie (VdZ) geförderte Forschungsprojekt zielt darauf ab, die chemische Kommunikation und das Saugverhalten der Zikade vertiefend zu untersuchen.