Wochenchronik: Pflanzenforschung und Botanik KW #39 (2025)

Ein Forschungsteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) hat die entscheidende Mutation eines Gens (PPD-H1) entdeckt, das Gerste (Hordeum vulgare) in Regionen mit langen Frühlingstagen später blühen lässt und damit letztlich höhere Erträge ermöglicht. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die für ihre Studie große Sammlungen von Wild- und domestizierter Gerste analysierten, konnten auch zeigen, dass die Mutation erst nach der Domestizierung in der südlichen Levante aus der Wildgerste hervorging und damit frühere Annahmen zum Ursprungsort widerlegen. Die Ergebnisse hat das Team in der Fachzeitschrift Theoretical and Applied Genetics veröffentlicht. 

Nadelbäume schützen sich mit Harz, das Diterpene als Abwehrstoffe gegen Schädlinge enthält. Forschende am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie (MPI) und der Iowa State University zeigen, dass einige dieser Diterpene bereits vor der Evolution der Nadelbäume existierten, während sich andere erst später in verschiedenen Baumarten unabhängig voneinander entwickelten – vermutlich zum Schutz vor Borkenkäfern. Ein wichtiger Faktor dafür ist der als „Epistase” bezeichnete Mechanismus, demzufolge frühere genetische Veränderungen den Weg für neue Merkmale ebnen. Die Erkenntnisse vertiefen das Verständnis der pflanzlichen Abwehr und können zu einem nachhaltigeren Pflanzenschutz beitragen. Die Studie ist im Fachmagazin PNAS veröffentlicht. 

Welcher Mechanismus Pflanzenhormone gezielt reguliert, um das Wachstum den Umweltbedingungen anzupassen – gesteuert durch die sogenannte ERAD-Maschinerie, haben Forschende in Freiburg entdeckt. Wie sie im Fachmagazin Science Advances schildern stehen die sogenannten PILS-Proteine im Zentrum des neu entdeckten Steuerungsmechanismus. Sie wirken wie Torwächter: Mal halten sie Auxin im Inneren der Zelle zurück, mal geben sie es für Wachstum frei. Welche Entscheidung fällt, hängt davon ab, wie viele dieser Proteine vorhanden sind. Die Freiburger Forschenden konnten nun zeigen, dass eine zelluläre Abbau-Maschinerie, die sogenannte ERAD-Maschinerie, die Zahl der PILS-Proteine nach Bedarf reguliert. Wird Auxin bei Umgebungsveränderungen benötigt, werden die Torwächter abgebaut – die Pflanze verändert den Wachstumsmodus. Bei stabilen Bedingungen dagegen bleiben die Proteine bestehen und bremsen die Hormonantwort. Die Entdeckung des Teams um den Pflanzenphysiologen Prof. Dr. Jürgen Kleine-Vehn eröffnet einen neuen Blick auf die feine Steuerung pflanzlicher Entwicklung. Sie zeigt, wie eng innere Kontrollmechanismen und äußere Signale ineinandergreifen. Die Ergebnisse könnten künftig dazu beitragen, Nutzpflanzen widerstandsfähiger und die Landwirtschaft damit nachhaltiger zu machen. 
 

In welchem Ausmaß die Pflanzengemeinschaften in den afrikanischen Bergen vom globalen Klimawandel betroffen sein werden, zeigt die erste umfassende Synthesestudie, die in der Zeitschrift Global Change Biology erschienen ist. Dass Temperaturanstiege in Gebirgsregionen eine Verlagerung von an kältere Temperaturen angepassten Pflanzenarten in höhere Lagen begünstigen, ist bekannt. Das von der Universität Passau geleitete Projekt gemeinsam mit afrikanischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern hat nun aber festgestellt, dass unter einem verstärkten Klimawandelszenario diese Verlagerung in den afrikanischen Bergen dreimal schneller als im aktuellen globalen Durchschnitt erfolgt. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die beschleunigten Veränderungsraten die Fähigkeit einiger Arten einschränken, ihren geeigneten Lebensraum eigenständig aufgrund ihrer natürlichen Ausbreitungsfähigkeit zu finden. Weitere Anstrengungen, Lebensräume besser zu vernetzen, Renaturierung zu fördern und Migration gezielt zu leiten, seien erforderlich, so die Autorinnen und Autoren. Dies gelte insbesondere für viele afrikanische Gebirge, in denen endemische Arten heimisch sind, die bereits in den höchsten Lagen vorkommen und daher keine weiteren Höhenlagen für eine Aufwärtsmigration zur Verfügung haben. Die Studie fasst 419.055 Verbreitungspunkte afrikanischer Pflanzenarten aus internationalen Datenbanken sowie veröffentlichten und unveröffentlichten Datenquellen zusammen. 

In 24 Millionen Jahre alten Sedimenten der Fossil-Lagerstätte Enspel (Rheinland-Pfalz, Deutschland) wurden sowohl fossile Lindenblüten als auch fossile Hummeln gefunden – samt Nachweis ihrer Interaktion durch erhaltene Pollenkörner. Dies Erkenntnisse eines internationalen Forschungsteams unter Leitung des Departments für Botanik und Biodiversitätsforschung an der Universität Wien zeigt, dass Hummeln bereits vor Millionen Jahren zu den wichtigsten Bestäubern der Linde gehörten – so wie auch heute noch. Angesichts des aktuellen globalen Insektensterbens und des Rückgangs von Bestäubern wie Wildbienen wird es immer wichtiger, die Ursprünge und die Entwicklung der Blütenbestäubung zu verstehen. Die Ergebnisse der Studie erschienen im Fachjournal New Phytologist. 

Wie Farbgene zwei verschiedene Löwenmäulchen (Antirrhinum) auseinanderhalten – selbst wenn beide am gleichen Fleckchen Erde wachsen - zeigt eine neue Studie. Die Forschenden vom Institute of Science and Technology Austria (ISTA) fanden gemeinsam mit einem internationalen Wissenschaftsteam heraus, dass Blütenfarb-Gene dafür sorgen, dass zwei verschiedene Löwenmäuler in mehreren Tälern in den Pyrenäen alles in allem auf Abstand bleiben, obwohl sie sich teilweise kreuzen und denselben Lebensraum besiedeln. Dazu dokumentierten sie das Wachstum der Pflanzen, nahmen deren exakte GPS-Koordinaten, bestimmen den Anteil von Magenta oder Gelb, fotografieren die Blüten aus verschiedenen Perspektiven und analysierten später ihre Gene mittels Whole-Genomic Sequencing. Die Studie im Fachmagazin Molecular Ecology zeigt, dass es trotz großer genetischer Unterschiede zwischen den Zonen eine gemeinsame Evolutionsgeschichte der Gene gibt, welche die Blütenfarbe bestimmen – eine wichtige Erkenntnis. Farbgene tragen dazu bei, dass verschiedene Löwenmäulchen auch dann unverwechselbar und erkennbar bleiben, wenn sie in derselben Umgebung wachsen und andere Gene ihres umfangreichen Genoms gemeinsam haben. 

Hybridsaatgut, das durch Kreuzbestäubung bei Nutzpflanzen erzeugt wird, erzielt deutlich höhere und stabilere Erträge. „Die Erzeugung von Hybriden ist jedoch arbeitsintensiv und bei vielen wichtigen Nutzpflanzen, darunter Sojabohnen, Weizen und Reis, schwierig durchzuführen,” sagt der Regensburger Zell- und Entwicklungsbiologe Prof. Dr. Thomas Dresselhaus. Um unter anderem den Ertrag und den Gewinn für Sojabohnenbauern zu steigern, stellen die Foundation for Food & Agriculture Research (FFAR) und ihre Partner von Crops of the Future (COTF) – darunter Bayer, KWS und das United Soybean Board – einem internationalen Forschungsteam, dem ApoSoy-Projekt, an dem auch die Universität Regensburg beteiligt ist, eine Förderung in Höhe von 4.050.000 US-Dollar zur Verfügung. Das Ziel besteht darin, ein kostengünstigeres Verfahren zur Herstellung von Hybrid-Sojabohnen zu entwickeln. In ApoSoy arbeiten Forschende der Universität Regensburg, des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie, der Radboud-Universität, der University of Georgia, der Wageningen University, des Whitehead Institute for Biomedical Research am MIT sowie der Universität Zürich zusammen. Das Team forscht an Apomixis-Technologien in Modellpflanzen und möchte diese Techniken nun auf Sojabohnen übertragen, um ein neuartiges Hybridsaatgut zu entwickeln, dessen Nachkommen ohne Fremdbestäubung hohe Erträge erzielen.