Wochenchronik: Pflanzenforschung und Botanik #15 (2019)

Dr. Stefanie Ranf testet, ob ausgewachsene Pflanzen mit einer Mutation im LORE-Gen anfälliger für eine Infektion mit pathogenen Bakterien sind. Foto: A. Eckert, TUM

Wodurch die zelluläre Abwehr aktiviert wird haben Forschende der Technischen Universität München (TUM) im Fachjournal Science (DOI: https://doi.org/10.1126/science.aau1279) beschrieben. Demnach können Rezeptoren in Pflanzenzellen die Bakterien anhand einfacher molekularer Bausteine identifizieren. „Das Immunsystem der Pflanzen ist raffinierter, als wir gedacht haben“, sagt Dr. Stefanie Ranf vom Lehrstuhl für Phytopathologie der TUM. Zusammen mit einem internationalen Forschungsteam hat die Biochemikerin Substanzen entdeckt, die die pflanzliche Abwehr aktivieren. Bei der Analyse stellten die Forschenden fest, dass nur Proben mit bestimmten kurzen Fettsäurebestandteilen die Pflanzenabwehr auslösten. „Die Strategie der Pflanzenzellen, Bakterien an Hand dieser Grundbausteine zu identifizieren, ist äußerst raffiniert, denn die Bakterien brauchen die 3-Hydroxyfettsäuren und können somit die Immunantwort nicht umgehen“, resümiert Ranf.

Quelle: TUM

Von Hummeln bestäubter Rübsenkohl hat attraktivere Blüten. Foto: Florian Schiestl, UZH

Wird Rübsenkohl (Brassica rapa) von Hummeln bestäubt, führt dies zur Evolution von attraktiveren Blüten. Diese Entwicklung wird beeinträchtigt, wenn gleichzeitig Raupen den Kohl befallen. Die Hummeln bestäuben die Pflanzen nun weniger gut, so dass diese sich vermehrt selbst bestäuben. Wie stark sich die Effekte von Nütz- und Schädling gegenseitig beeinflussen, untersuchten die Forschenden der Universität Zürich (UZH) in einem Evolutionsexperiment im Gewächshaus. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Science (DOI: https://doi.org/10.1126/science.aav6962).

Quelle: UZH

Aufnahmen im Gelände zur Populationsdichte der Kaninchen in den oberen Lagen des Kanaren-Kiefernwalds. Anhand einer Vielzahl solcher Ringaufnahmen konnte die Populationsdichte der Kaninchen durch zählen ihrer Exkremente über die gesamte Insel ermittelt werden. Im Bild: Victor Bello-Rodríguez von der Universität La Laguna auf Teneriffa zu sehen. Standort auf rund 1900 Meter Höhe. Bildrechte: Severin Irl

Inseln tragen wegen der vielen nur dort heimischen Arten überproportional zur globalen Biodiversität bei. Diese Arten sind aber auch besonders vom Aussterben bedroht. Eine Studie in der Fachzeitschrift Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (DOI: http://dx.doi.org/10.1098/rspb.2019.0136) zeigt nun erstmals auf der Skala einer ganzen, sehr vielfältigen Insel, nämlich Teneriffa, dass diese Arten von eingewanderten Pflanzenfressern bevorzugt werden. Das internationale Forschungsteam von Prof. Severin Irl vom Institut für Physische Geographie der Goethe-Universität Frankfurt hat nun erstmals die gesamte und sehr vielfältige Kanareninsel Teneriffa beprobt und bestätigt, dass endemische Arten stärker von Kaninchen gefressen werden als nicht-endemische.

Quelle: Uni Frankfurt

Eine Drohne überfliegt die Versuchsflächen des ZALF. Foto: Jarno Müller, ZALF

Im April startet das vom Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e. V. koordinierte Projekt „Agrarsystem der Zukunft: DAKIS ‒ Digitales Wissens- und Informationssystem für die Landwirtschaft“. Gemeinsam mit neun weiteren Forschungseinrichtungen arbeiten die Forschenden an einer Vision der digitalen Landwirtschaft von morgen. Ein digitales Entscheidungssystem für die Praxis soll Anbausysteme mithilfe von Robotik, Sensorik und Computermodellen ökonomisch effizienter und gleichzeitig ökologisch nachhaltiger machen. Insgesamt 7,4 Millionen EUR stellt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über einen Zeitraum von fünf Jahren hierfür bereit.

Quelle: ZALF

Wie der Biologen-Dachverband VBIO meldet, vernetzen sich Europäische Forschungsorgansationen, um die Wissenschaftsfreiheit als fundamentales Gut zu stärken. Das haben die All European Academies (ALLEA), die European University Association (EUA) und Science Europe in einem gemeinsamen Statement bekräftigt.

Quelle: VBIO (engl.)

Die Intensität der Landnutzung lässt sich anhand verschiedener Indikatoren ableiten (z.B. manuelle Bearbeitung von Ackerland oder Verzicht auf Pestizide -> niedrige Intensität / Nutzung großer Maschinen und chemischem Dünger -> hohe Intensität). In den drei dominierenden Produktionssystemen (Lebensmittel, Futtermittel, Holz) erhöht die Intensivierung den Ertrag (+ 20,3%, roter Pfeil), führt jedoch auch zu einem Artenverlust (-8,9%, blauer Pfeil). Foto: UFZ

Um den Ertrag bewirtschafteter Nutzflächen zu steigern, wird die Landnutzung intensiviert. In welchem Maß der Ertrag dabei zunimmt, und wie hoch gleichzeitig der Verlust der biologischen Vielfalt ausfällt, darüber ist bislang kaum etwas bekannt. Ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern fragte sich, "wieviel Natur verlieren wir durch höhere Erträge?" und hat nun unter Leitung des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) Daten weltweiter Forschungsarbeiten ausgewertet, in denen sowohl Ertrag als auch Biodiversität vor und nach Intensivierungsmaßnahmen untersucht wurden. Die Forschenden mahnen, dass auch landwirtschaftlich genutzte Flächen Tier- und Pflanzenarten einen wertvollen Lebensraum bieten und dem häufig zu wenig Beachtung geschenkt werde. Bislang wurden die Auswirkungen intensivierter Landnutzung meist nur von einer Seite betrachtet: entweder mit Blick auf den Ertragszuwachs oder den Biodiversitätsverlust. Daher haben die Forschenden nun beide Seiten betrachtet und dazu etwa 10.000 thematisch relevante Studien gesichtet. Nur 115 Studien haben tatsächlich beide Parameter auf den gleichen Flächen untersucht. In den drei untersuchten Produktionssystemen (Lebensmittel, Futtermittel, Holz) erhöht eine Intensivierung zwar den Ertrag (+20%), führt aber gleichzeitig zu einem Artenverlust (-9%). Ihre Meta-Analyse haben sie jetzt im Fachmagazin Global Change Biology (DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.14606) veröffentlicht.

Quelle: UFZ

Forschenden der Uni Leipzig ist ein wichtiger Schritt in der grünen Biotechnologie gelungen. Den Forscherinnen und Forscher unter der Leitung des Algenforschers und Physiologen Prof. Dr. Christian Wilhelm ist es gelungen, Glykolat produzierende Zellfabriken zu schaffen, indem sie Mikroalgen so behandelten, dass sie keine Biomasse bilden, sondern den organischen Kohlenstoff in die Nährlösung als Glykolsäure ausscheiden. Diese kann vielfältig verwendet werden, etwa zur Herstellung von flüssigen oder gasförmigen Energieträgern oder von Kunststoffen. Bei dem von den Biologen angestoßenen Prozess wurden so hohe Konzentrationen erreicht, dass die Nährlösung direkt als Glukoseersatz verwendet werden kann. Ihre Erkenntnisse haben sie schon im Januar in Fachzeitschrift Plant Biotechnology Journal (DOI: https://doi.org/10.1111/pbi.13078) veröffentlicht und heute der Öffentlichkeit vorgestellt.

Quelle: Uni Leipzig

Die Strukturvielfalt in einer Wiese - etwa durch hohe und niedrige Pflanzen - beeinflusst die Vielfalt der dort lebenden Insekten. Foto: Alex Fergus

Je mehr Pflanzenarten in Wiesen und Wäldern leben, desto mehr Insektenarten finden dort Lebensraum. Mehr Pflanzenarten erhöhen aber nicht nur die Zahl der Insektenarten, sondern auch die Zahl ihrer Individuen. Gleichzeitig wird die tierische Vielfalt nicht nur von der pflanzlichen Artenvielfalt bestimmt, sondern auch von der pflanzlichen Strukturvielfalt. Dies sind Ergebnisse einer internationalen Zusammenarbeit unter Führung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), die in der Fachzeitschrift Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-09448-8) veröffentlicht sind. Sie haben Konsequenzen für die insektenfreundliche Bewirtschaftung von Wiesen und Wäldern.

Quelle: iDiv

Hartweizen als Grundlage für italienische Pasta. Foto: Simona Corneti, IPK

In einer von Italienern geführten Zusammenarbeit internationaler Wissenschaftler*innen ist nun das 10,45 Gigabasenpaare-große (Gbp) Genom der Hartweizen-Sorte „Svevo“ (Triticum turgidum L. ssp. durum) vollständig sequenziert und assembliert worden (s.u.). Dabei führten Forschenden des Leibniz- Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK), Gatersleben, die Genomassemblierung basierend auf der Methode der 3D-Capture Sequenzierung (Hi-C) durch. Durch die Sequenzierung konnte nun die Domestizierungsgeschichte des Hartweizens, welcher vom Wilden Emmer (Triticum turgidum ssp. dicoccoides) abstammt, entschlüsselt werden. Zusätzlich wird das neue Wissen zur Gewinnung von Erkenntnissen zu den genetischen Eigenschaften der Kulturpflanze verwendet. So wurde bereits durch den Vergleich der Genome der Emmer Akzession „Zavitan“ und der Hartweizen-Sorte „Svevo“ eine Mutation in der modernen Kulturart gefunden, welche zu einer unerwünschten Anreicherung von Cadmium im Weizenkorn führt. Dank dieser Entdeckung kann diese Eigenschaft nun aus modernen Sorten herausselektiert werden.

Quelle: IPK (pdf)

Ein internationales Konsortium hat die vollständige Genomsequenz des Hartweizens (Triticum durum) veröffentlicht. Ihre Arbeit liefert nicht nur Einblicke in die Entwicklung dieses Getreides hin zur heutigen Kulturpflanze, sondern zeigt auch Möglichkeiten auf, die Pflanze durch gezielte Züchtung zu optimieren. Federführend beteiligt an der Publikation im Fachmagazin Nature Genetics (DOI: https://doi.org/10.1038/s41588-019-0381-3) waren Forschende des Helmholtz Zentrums München, des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben sowie italienische und kanadische Institutionen.

Quelle: Helmholtz München

Kollage: Autonome Miniroboter kümmern sich um einzelne Pflanzen. Sieht so der Ackerbau der Zukunft aus? Foto: anko_ter, Fotolia.com (modified from original) von JKI, TU Braunschweig und Thünen-Insitut

Das „Journal für Kulturpflanzen“ widmet neuen Pflanzenbausystemen ein Sonderheft: Von der Bronzezeit in die Platinzeit. Dahinter verbirgt sich der Blick auf eine mögliche Zukunft des Ackerbaus in Deutschland. In einem Überblicksartikel wird das sogenannte Spot-Farming mittels kleiner, autonomer Robotersysteme betrachtet. Diese Form der Bewirtschaftung stellt nicht mehr den Schlag als Produktionseinheit ins Zentrum, sondern orientiert sich an den Eigenschaften unterschiedlicher Teilflächen (Spots). Weitere Beiträge betrachten unter anderem die Wirtschaftlichkeit autonomer Kleinmaschinen im Ackerbau und untersuchen die Auswirkungen eines optimierten Aussaatmusters mit gleichmäßigen Abständen zwischen den Pflanzen. Beteiligt an diesem Blick in die Zukunft des Pflanzenbaus sind neben dem Julius Kühn-Institut auch Forscherinnen und Forscher des Thünen-Instituts und der Technischen Universität Braunschweig. Erstmals sind alle Artikel des vom Julius Kühn-Institut (JKI) herausgegebenen Fachmagazins sofort kostenlos online zugänglich.

Quelle: JKI