Wochenchronik: Pflanzenforschung und Botanik KW #39 (2025)

Die genetische Vielfalt – die Diversität innerhalb von Arten – ist eine entscheidende, jedoch oftmals unterschätzte Grundlage für den Schutz der biologischen Vielfalt. In einer aktuellen Publikation, die unter anderem von der Senckenberg-Forscherin Deborah M. Leigh geleitet wurde, wird die zentrale Rolle genetischer Diversität für eine „naturpositive“-Zukunft betont. Darunter versteht man einen Zustand, in dem Naturverluste nicht nur gestoppt, sondern auch rückgängig gemacht werden. Um dieses Ziel erreichen zu können, müsse die genetische Vielfalt bei der Erstellung von Management- und Schutzkonzepten berücksichtigt werden, so das internationale Forschungsteam. Als Beispiele nennen sie das Eschentriebsterben. Eine größere genetische Vielfalt erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass einige Bäume über die resistenzfördernde Gene verfügen. „Auch bei Seegräsern, die eine wichtige Rolle bei der Kohlenstoffspeicherung spielen und als Laich- und Aufzuchtgebiete für Fisch- und Muschelarten dienen, beobachten wir eine höhere Toleranz gegenüber Umweltveränderungen, wenn sie genetisch vielfältig sind," erklärt Letztautorin der Studie Prof. Dr. Deborah M. Leigh vom Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt und der Goethe-Universität Frankfurt. Ohne genetische Vielfalt fehle der Natur die Fähigkeit zur Anpassung – sei es an Krankheiten, den Klimawandel oder andere Umweltveränderungen, betonen die Autor*innen in der in People and Nature veröffentlichten Studie.

Seit der Nutzung der Ostsee durch den Menschen zeigen dortige Kieselalgen-Populationen eine beschleunigte, bisher irreversible Veränderung ihrer genetischen Zusammensetzung und Diversität – so die Ergebnisse einer aktuellen Studie unter Leitung Konstanzer Forscherinnen. Phytoplankton bildet nicht nur die Grundlage mariner Nahrungsnetze, sondern hat durch die Produktion von Sauerstoff und die gleichzeitige Bindung von Kohlenstoff auch einen großen Einfluss auf das Weltklima. Um die Widerstandsfähigkeit des Phytoplanktons gegenüber Klimaereignissen und menschlichen Einflüssen auszuloten, untersuchte ein interdisziplinäres Forschungsteam im Projekt PHYTOARK die genetische Zusammensetzung und Diversität von Ostsee-Kieselalgen der Art Skeletonema marinoi über die letzten 8.000 Jahre. Die in der Fachzeitschrift Global Change Biology veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass die genetische Zusammensetzung der Algenpopulationen über lange Zeiträume weitgehend konstant blieb. In vergangenen Klimaphasen wie dem Wärmemaximum des Holozäns (vor etwa 10.000 bis 6.000 Jahren) oder der Spätantiken Kleinen Eiszeit (vor etwa 1.400 bis 1.300 Jahren) gab es zwar zwischenzeitliche Veränderungen, früher oder später stellte sich jedoch immer wieder die ursprüngliche Zusammensetzung ein. Erst in den letzten Jahrhunderten kam es zu deutlich schnelleren und bislang irreversiblen Veränderungen in der genetischen Zusammensetzung der Kieselalgen. „Diese fallen allerdings nicht direkt mit Phasen veränderter Temperatur zusammen, sondern mit Phasen erhöhter menschlicher Aktivität in der Ostsee – wie der Wikingerzeit, der Hansezeit oder der Industrialisierung“, so Alexandra Schmidt, Erstautorin der Studie.

Die von der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) geleitete Forschungsgruppe „Innovation und Koevolution der sexuellen Fortpflanzung in Pflanzen“ (Innovation and Coevolution In Plant Sexual reproduction, ICIPS) wird auch in den kommenden vier Jahren die Evolution der molekularen Kommunikation bei der Fortpflanzung von Landpflanzen erforschen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat am Freitag die Fortsetzung der von der JLU-Botanikerin Prof. Dr. Annette Becker koordinierten Forschungsgruppe (FOR 5098) bekannt gegeben. Diese Grundlagenforschung ist wichtig für unsere Ernährung und das Verständnis von Ökosystemen. An ICIPS sind acht Forschungsteams an insgesamt sechs deutschen Universitäten beteiligt. ICIPS ist eines der elf weitergeförderten und der vier neu geförderten Forschungsgruppen der DFG. Weiter gefördert wird auch die Forschungsgruppe “Reassemblierung von Interaktionsnetzwerken zwischen Arten – Resistenz, Resilienz und funktionale Regeneration eines Regenwaldes” (an der Universität Darmstadt) sowie "Räumliche Ökologie von Lebensgemeinschaften in hochdynamischen Landschaften: von der Inselbiogeographie zu Meta-Ökosystemen (DynaCom)" (an der Universität Wilhelmshaven). 

DNA- und RNA-Datensätze in öffentlichen Datenbanken wachsen rasant und bilden einen globalen Atlas mikrobieller Vielfalt. Der offene Zugang treibt die Wissenschaft voran, stellt Forschende jedoch vor ein Dilemma: Häufig werden mühsam erhobene Daten weltweit nutzbar, noch bevor eigene Ergebnisse veröffentlicht sind. Ein internationales Konsortium von über 200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter Leitung von Prof. Dr. Alexander Probst (Universität Duisburg-Essen) hat deshalb in Nature Microbiology eine Roadmap für den fairen Umgang mit Sequenzdaten vorgelegt.

Wie kann man die biologische Vielfalt verbessern und gleichzeitig Erträge erhalten, fragten sich Forschende der Zoologie an der Universität Würzburg in der im Journal of Applied Ecology veröffentlichten Studie. Dazu untersuchten sie 29 Sonnenblumenfelder in Nordbayern: 15 ökologisch und 14 konventionell bewirtschaftete Flächen. Sie wollten wissen, welche Faktoren wildlebende Bestäuber beeinflussen und wie sich das auf die landwirtschaftlichen Erträge auswirkt. Dazu wurden einige Sonnenblumenköpfe mit feinen Netzen vor Bestäubern geschützt, andere blieben offen. Das Ergebnis: Frei bestäubte Sonnenblumen erzielten im Schnitt rund 25 Prozent höhere Erträge – unabhängig davon, ob sie auf ökologisch oder konventionell bewirtschafteten Feldern standen. Die Auswertung zeigte deutliche Unterschiede zwischen verschiedenen Bestäubergruppen. Aus ihren Daten leiten die Forschenden mehrere Handlungsempfehlungen für Landwirtinnen und Landwirte, politisch Verantwortliche und die Naturschutzberatung ab:

• Mehr Flächen einer Region ökologisch bewirtschaften: Das stärkt die Anzahl von Bestäubern – auch auf konventionellen Feldern.
• Halbnatürliche Lebensräume wie Hecken, Kalkmagerrasen oder Streuobstwiesen erhalten: Solche Flächen sind für Bestäuber unverzichtbar, besonders für Solitärbienen.
• Moderate Mengen an Beikräutern zulassen: Sie bieten wichtige Nahrungsquellen für Wildbienen und Schwebfliegen, ohne zwangsläufig die Erträge zu mindern.
• Zu große Blühflächen vermeiden: Wenn zu viele Nutzpflanzen in einer Umgebung gleichzeitig blühen, drohen Verdünnungseffekte, weil sich Bestäuber auf größere Flächen verteilen. Das kann die Bestäubungsleistung auf einzelnen Feldern reduzieren.

Gerste zählt zu den ältesten Kulturpflanzen der Menschheit und wird seit mehr als 10.000 Jahren kultiviert. Lange Zeit wurde vermutet, dass sie an einem einzigen Ort domestiziert wurde. Eine neue Studie eines internationalen Teams unter Führung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) zeigt, dass die heutige Gerste aus verschiedenen Wildpopulationen im sogenannten Fruchtbaren Halbmond hervorgegangen ist. Sie besitzt also eine Art „Mosaik-Abstammung“. Die Ergebnisse der Studie hat das Team heute in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht. 

Die weltweiten CO₂-Emissionen sind unter anderem durch die Verbrennung fossiler Energieträger auf ein bisher unerreichtes Maß gestiegen. Das wirkt sich auch auf die Effizienz aus, mit der Bäume Wasser nutzen: Um CO₂ aufzunehmen und in Sauerstoff umzuwandeln, öffnen sich in den Blättern kleine Spalte, die Stomata – doch gelangt auf diese Weise nicht nur Kohlendioxid in den Baum hinein, sondern auch Wasser hinaus. Erhält der Baum das CO₂ hochdosierter, reicht es, die Spalte für kürzere Zeit zu öffnen: Der Wasserverlust sinkt, die Wassernutzung wird effizienter, die Bäume benötigen weniger Wasser. Theoretisch und aus Versuchen ist dieser Effekt bekannt, doch Daten aus dem Freiland fehlen weitgehend. Diese Lücke will Prof. Dr. Jan Esper vom Geographischen Institut der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) in den kommenden fünf Jahren anhand von Holzproben schließen, die er von hundert Standorten der Nordhalbkugel der Erde zusammengetragen hat. „Dieses Herbarium ist einzigartig: Es ermöglicht erstmalig zu untersuchen, wie sich die Wassernutzungseffizienz in den vergangenen 120 Jahren verändert hat – und zwar für große Teile der Nordhemisphäre“, sagt Esper. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert diese Forschung von Esper in den kommenden fünf Jahren mit einem Reinhart Koselleck-Projekt, das für Wissenschaftler mit ausgewiesenen besonderen wissenschaftlichen Leistungen vorgesehen ist, mit insgesamt 1,2 Millionen Euro.

Durch Photosynthese tragen Mikroalgen maßgeblich dazu bei, CO2 zu binden. Diese verborgenen Klimahelden stehen im Mittelpunkt des neuen Leuchtturmprojekts „KIMMCO“ (kurz für: KI-gesteuertes Monitoring mariner Mikroalgen als CO2-Senke). Darin entwickeln Forschende vom GEOMAR und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) auf Künstliche Intelligenz gestützte Methoden, um die Rolle des Phytoplanktons und klimarelevanter Gase schneller und einfacher zu erfassen. Getestet werden die Methoden in der Ostsee. „Das Verständnis der Zusammenhänge zwischen Artenvielfalt und CO2-Speicherkapazität des Phytoplanktons ist eine zentrale Grundlage für wirksamen Meeresschutz“, sagt Projektleiterin Prof. Dr. Anja Engel, Professorin für Biologische Ozeanographie am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Heute wurde im Bundesumweltministerium in Berlin der Förderbescheid über rund 2,16 Millionen Euro übergeben. 

Ein neuer Bericht des Planetary Boundaries Science Lab am Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) zeigt: Mittlerweile sind sieben der neun kritischen Belastungsgrenzen des Erdsystems überschritten – eine mehr als im Vorjahr. „Mehr als drei Viertel der lebenswichtigen Erdsystem-Funktionen befinden sich nicht mehr im sicheren Bereich. Die Menschheit verlässt ihren sicheren Handlungsraum und erhöht so das Risiko, den Planeten zu destabilisieren“, sagt Johan Rockström, PIK-Direktor und Co-Autor des Berichts. Die sieben überschrittenen Grenzen sind: Klimawandel, Integrität der Biosphäre, Veränderung der Landnutzung, Veränderung des Süßwasserkreislaufs, Veränderung der biogeochemischen Kreisläufe, Eintrag menschengemachter Substanzen sowie – neu im Jahr 2025 – Ozeanversauerung. Seit Beginn der Industrialisierung ist der pH-Wert der Ozeanoberfläche um rund 0,1 pH-Werteinheiten gesunken: Das bedeutet eine Zunahme der Versauerung um 30 bis 40 Prozent. „Die Ozeane sind das Lebenserhaltungssystem unseres Planeten”, erklärt Sylvia Earle, Ozeanografin und Mitglied der Initiative „Planetary Guardians“. „Ohne gesunde Meere gibt es keinen gesunden Planeten." Alle sieben zeigen dem Forschungsteam zufolge in eine bedenkliche Richtung. 

Eine Modellstudie untersuchte, wie CO₂-Bepreisung mit Rückverteilung weltweit der Energiewende und dem Klima helfen und zudem die Wohlfahrt steigern und ökonomische Ungleichheit verringern kann – was wichtig ist für die Durchsetzbarkeit. Gute Ergebnisse brächten demnach ein global einheitlicher CO₂-Preis mit moderaten Finanztransfers in ärmere Länder oder auch ein nach Ländern differenzierter CO₂-Preis mit Rückerstattung auf nationaler Ebene. Die Studie wurde mitverfasst vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) und veröffentlicht im Journal PNAS. 

Wann eine Pflanze zu blühen beginnt, wird durch verschiedene innere und äußere Signale gesteuert, allen voran Licht und Temperatur. Forschende der FU Berlin haben nun zusammen mit Kolleg*innen einen internen Faktor identifiziert, der reguliert, wann eine Pflanze blüht: das Pflanzenhormon Cytokinin. Wie sie in zwei Publikationen zeigen, die im Juli erschienen, fördert vor allem eine Form des Hormons aus der Pflanzenwurzel die Blüte. Außerdem klärten sie die Signalweitergabe in der Zelle auf. „Je höher der Cytokinin-Spiegel, umso schneller erreichen Blütenpflanzen das adulte Stadium, werden also gewissermaßen erwachsen. Erst wenn sie das adulte Stadium erreicht hat, können sie blühen und sich fortpflanzen“, erklärt Sören Werner, aus dem Team um Prof. Dr. Thomas Schmülling der FU Berlin und Erstautor der Studie in Nature Communications. „Sowohl bei langen als auch bei kurzen Tagen fördert Cytokinin die Blüte, wobei es bei nur wenigen Stunden Tageslicht besonders stark wirkt“, berichtet Isabel Bartrina, Erstautorin der Publikation in Plant Physiology und Mitarbeiterin in der Forschungsgruppe von Tomáš Werner an der Universität Graz. Die neuen Erkenntnisse sind auch mit Blick auf die Züchtung von Nutzpflanzen für die Landwirtschaft interessant. Angesichts sich verändernder klimatischer Bedingungen könnten Anpassungen des Blühbeginns zur Ertragssicherung beitragen.

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.