Artikel zur Kategorie Forschungsergebnis


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Hitzewellen in der Nordsee setzen Plankton zu

Nordsee-Plankton. Aufnahme: Bank Beszteri

Weltweit steigen die Temperaturen kontinuierlich – auch in der Nordsee. Doch nicht nur die graduelle Erwärmung, auch immer häufigere und plötzlich auftretende Hitzeereignisse haben Folgen für die Organismen in der Deutschen Bucht. Forschende der Biologischen Anstalt Helgoland des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) haben die Häufigkeit und Intensität von Hitzewellen und deren Auswirkungen auf das Plankton quantifiziert. Ihr Fazit: Die graduelle Erwärmung sorgt für erhebliche Verschiebungen im Artenspektrum. Kommen dann noch Hitzewellen hinzu, verändern diese das Ergebnis zu Ungunsten der meisten Gruppen. Die Ergebnisse wurden in drei aufeinanderfolgenden Publikationen veröffentlicht. Im dritten, nun im Fachmagazin Limnology and Oceanography erschienenen Forschungsartikel, wirft das Team einen Blick in die Zukunft. „Im Ergebnis zeigte sich, dass der Klimawandel auf vielen Ebenen der Planktongemeinschaft für Verschiebungen sorgt, die durch Hitzewellen noch verstärkt oder modifiziert werden“, erklärt Cédric Meunier, der die Ökologie von Schelfmeersystemen an der Biologischen Anstalt Helgoland (BAH) erforscht. „Bestimmte Bakteriengruppen profitieren von den Umweltveränderungen, unter anderem einige Bakterien der auch für Menschen potenziell gefährlichen Gattung Vibrio“. Beim Phytoplankton bliebe zwar die Gesamtbiomasse konstant, die Artenzusammensetzung verschiebt sich im RCP 8.5 Szenario jedoch zugunsten kleinerer Arten. Bei zusätzlichen Hitzewellen profitierten dann besonders Phytoflagellaten und die mit Kalkplättchen ausgestatteten Coccolithophoriden. Beim Zooplankton käme es zu noch stärkeren Verschiebungen. 

Quelle: AWI
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Seit 123 Millionen Jahren blüht es auf der Erde

Gestein aus der Kreidezeit. Foto: Heimhofer, LUH

Anhand der meist gerade mal 20 Mikrometer großen Pollen ist es einem Forschungsteam der Leibniz Universität Hannover (LUH) und der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn gelungen, das früheste Auftreten von Blütenpflanzen, so genannten Angiospermen, zu präzisieren. Ging man bislang davon aus, dass zweikeimblättrige Blütenpflanzen, die Eudikotyledolen, erstmals vor rund 121 Millionen Jahren aufkamen, so konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt „Palynologische Untersuchungen zur frühesten Phase der Angiospermen Evolution“ mittels neuer Befunde nachweisen, dass Blütenpflanzen schon mindestens zwei Millionen Jahre früher existierten. Die Forscherinnen und Forscher konnten jetzt die bislang ältesten Pollen die von zweikeimblättrigen Blütenpflanzen produziert wurden in Gesteinsabfolgen aus Portugal nachweisen, wie sie im Fachmagazin PNAS darlegen. 

Quelle: LUH
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Pflanzenprotein benötigt Adapter, um Symbiose mit Pilz einzugehen

Arbuskel des Pilzes Rhizophagus irregularis in einer Wurzel des japanischen Hornklees Lotus japonicus. Links: Wildtyp, rechts: RAM1 Mutante - Arbsukel sehen verkümmert aus. Aufnahme: Priya Pimprikar, Gutjahr Labor

Forschende haben einen Genaktivator-Komplex für den Nährstoffaustausch zwischen Pflanzen und Pilzen identifiziert. Die meisten Landpflanzen gehen eine Symbiose mit Pilzen ein, die für beide Seiten vorteilhaft ist. Dabei tauschen die Pflanzen und Pilze lebenswichtige Nährstoffe aus. Prof. Dr. Caroline Gutjahr und ihr Team am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) haben nun einen molekularen Mechanismus entdeckt, der den Nährstoffaustausch zwischen Pflanzen und Pilzen überhaupt erst ermöglicht. Ihre im Fachmagazin PNAS veröffentlichten Ergebnisse liefern vielversprechende Erkenntnisse über Proteine, die die Entwicklung von Nutzpflanzen mit verbesserter Nährstoffaufnahme unterstützen könnten und einen Beitrag zur Reduktion von Kunstdünger leisten könnten. 

Quelle: MPI-MP
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Domestikation von Roggen: Vom Unkraut zum Machtmittel

Erntereifer Roggen. Foto und (c): Frank Schlütz

Roggen trägt erst seit verhältnismäßig kurzer Zeit zur menschlichen Ernährung bei. Während andere Getreidesorten wie Weizen oder Gerste schon seit Beginn der Jungsteinzeit in Mitteleuropa kultiviert werden, fristete Roggen Jahrtausende lang ein Dasein als Unkraut. Das änderte sich erst vor etwa 2000 Jahren. Hauptgrund für diesen Wandel – so die bislang gängige Meinung – war, dass Roggen ohne viel Aufwand auf kargen sandigen Böden gedeiht und sich so langsam als Nutzpflanze durchsetzte. Ein interdisziplinäres Forschungsteam gefördert vom Exzellenzcluster ROOTS an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) veröffentlicht jetzt in einem Sonderband zu Fragen der frühen Kultivierung und Domestikation in der internationalen Fachzeitschrift Philosophical Transactions of the Royal Society B neue Ergebnisse, die die bisherige Sichtweise infrage stellen. Die verwendeten modernen Analysemethoden zeigen, dass Roggen wohl schon zu Beginn seiner Kultivierung mehr war als eine anspruchslose Alternative für arme Böden. „Zu einer dominierenden Kulturpflanze wurde er nicht langsam als Ersatzpflanze, sondern durch seine frühe Integration in ein damals schon bestehendes arbeitsintensives Düngesystem, das hauptsächlich auf Stallmist basierte“, sagt der Paläoökologe Dr. Frank Schlütz vom Institut für Ur- und Frühgeschichte der CAU, Erstautor der Studie. Für die Studie haben die Beteiligten verkohlte Roggenkörner untersucht, die bei archäologischen Grabungen an der niedersächsischen Nordseeküste sowie in Siedlungen auf den nährstoffarmen Sandböden des heutigen Brandenburg gefunden worden sind. Die Körner stammen aus der Zeit zwischen dem 4. Jahrhundert und dem 15. Jahrhundert. 

Quelle: CAU
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Bergfrühling beginnt immer früher

Um sechs Tage hat sich der Beginn des Pflanzenwachstums in den Bergen seit 1998 nach vorne verlagert. Grafik: Michael Zehnder, SLF

Der Klimawandel verändert die Alpen: In den Bergen beginnen Pflanzen heute im Schnitt sechs Tage früher zu wachsen als vor 25 Jahren – ausgelöst durch höhere Temperaturen nach der Schneeschmelze. Der frühere Austrieb verändert Alpenökosysteme und könnte sich auf Biodiversität, Alpwirtschaft und Tourismus auswirken. Der Biologe Michael Zehn des  WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung (SLF) hat diesen Trend mit Daten aus 25 Jahren wissenschaftlich belegt und die Ergebnisse im Fachmagazin Golbal Change Biology publiziert.

Quelle: SLF
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Internationale Zusammenarbeit für gesunde und nachhaltige Ernährung erforderlich

Nur ein Land – Guyana (in der Karte khakigrün) – kann sich in allen sieben Lebensmittelgruppen selbst versorgen. Die Mehrheit der Länder (drei von fünf) produziert nicht genug in mindestens vier Lebensmittelgruppen, die für eine gesunde, nachhaltige Ernährung wichtig sind. Das macht sie anfällig für Versorgungsengpässe, die zum Beispiel durch Kriege, Naturkatastrophen oder Handelsstreitigkeiten verursacht werden. Foto: Jonas Stehl, mit Daten veröffentlicht in Nature Food 2025, DOI: 10.1038/s43016-025-01173-4

Ein zunehmender Fokus vieler Länder auf Selbstversorgung und Handelsbarrieren könnten weltweit die Fähigkeit der Menschen beeinträchtigen, sich gesund und nachhaltig zu ernähren. Forschungsteams der Universitäten Göttingen und Edinburgh haben untersucht, inwieweit 186 Länder ihre jeweilige Bevölkerung allein durch die einheimische Produktion ernähren können. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Food veröffentlicht. 

Quelle: Uni Göttingen
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Bei Trockenheit ignorieren Pflanzen Schwerkraft und suchen nach Wasser

Wurzeln „spüren“ nicht nur die Schwerkraft, um sich im Boden auszubreiten und sich zu verankern. Bei Bedarf können sie auch die eingeschlagene Wachstumsrichtung verändern und Wasserquellen erreichen. Eine neue Studie von Wissenschaftler*innen des Institute of Science and Technology Austria (ISTA) und der Northwest A&F University in China zeigt nun, dass Trockenheit diese Richtungsänderung erleichtert, indem sie die Wahrnehmung der Schwerkraft unterdrückt, die Suche nach Wasser dabei die Hemmung des Gravitropismus durch den Hydrotropismus-Hauptregulator „MIZ1“ erfordert. Diese Erkenntnisse könnten dazu beitragen, Pflanzen zu entwickeln, die extremen Wetterbedingungen besser standhalten. Die Ergebnisse wurden diese Woche in PNAS veröffentlicht.

Quelle: ISTA beim idw
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Wie sich die Welt entwickeln kann, ohne sich zu ruinieren

Eine Szenarien-Studie im Journal Nature richtet jetzt den Blick weit nach vorn – und zeichnet für unterschiedliche Politikpfade ein Bild von Klima und Umwelt bis Ende des Jahrhunderts. Bezugspunkt sind die „planetaren Grenzen“, die den sicheren Handlungsraum für die Menschheit definieren. Demnach bleibt das Thema Nachhaltigkeit noch auf Jahrzehnte kritisch, doch mit ambitionierten Maßnahmen lässt sich für 2050 zumindest ein Zustand wie 2015 erreichen und bis 2100 deutlich verbessern. Die Studie wurde mitverfasst vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK). „Die menschliche Zivilisation steht an einem kritischen Punkt – und wir zeigen mit einer neuartigen Methodik, wie sie sich weiterentwickeln kann, ohne ihre natürlichen Lebensgrundlagen zu ruinieren“, sagt PIK-Direktor Johan Rockström, Co-Autor der Studie. „Dies ist die bislang umfassendste Verknüpfung des Konzept der planetaren Grenzen, das ursprünglich auf die aktuelle Bestandsaufnahme ausgerichtet war, mit Daten aus modellgestützten Zukunftsszenarien. Das Ergebnis ist ein wertvolles Navigationssystem für die Politik. Wir können klar beziffern, wie gefährlich ein Weiter-so ist, und zeigen, dass sich ambitioniertes Umsteuern auszahlt.“

Quelle: PIK
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Mosaik aus Gebüsch-Säumen fördert Vielfalt

Unter den untersuchten Tier- und Pflanzenarten: Laufkäfer (oben links), die Sackspinne (unten links), die gemeine Sichelschrecke (oben rechts), die seltene Essigrosen-Dickfühlerweich-Wanze und die Essigrose. Fotos: Fabian Bötzl, Louis Puille, Sebastian König, Fabian Klimm, Uni Würzburg

Gebüsch-Säume an Wald- und Feldrändern schützen Tierarten und wirken sich positiv auf die Biodiversität aus: Dazu hat ein Forschungsteam unter Federführung von Professor Jochen Krauss, Lehrstuhl für Tierökologie und Tropenbiologie an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg, in der ersten umfassenden Studie ihrer Art die betroffenen Tier- und Pflanzenarten in 45 Gebüsch-Säumen in Bayern auf ihre Artenvielfalt untersucht. Die Forschenden zeigen im Fachmagazin Journal of Applied Ecology, dass es ein Mosaik aus offenen und halboffenen Gebüsch-Säumen braucht, um die Biodiversität zu maximieren. Unterscheiden lassen sich diese Saumarten daran, wie deckend und dicht das Strauchwerk bewachsen ist.

Quelle: Uni Würzburg
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Gemeinsam statt einsam: Neuer Datenansatz macht Pflanzenvorhersagen präziser

Große Datenmengen (Big Data) bieten ein enormes Potenzial, um die Genauigkeit genomweiter Vorhersagen in der Pflanzenzüchtung zu verbessern. Ermutigt durch erfolgreiche Ergebnisse bei Weizenhybriden haben Forschende am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) diesen Ansatz nun auch auf sogenannte Inzuchtlinien ausgeweitet. Dazu kombinierten sie erstmals phänotypische und genotypische Daten aus insgesamt vier kommerziellen Weizenzuchtprogrammen. Die Ergebnisse der Studie wurden im Plant Biotechnology Journal veröffentlicht. 

Quelle: IPK (pdf)
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Wachstum vor Photosynthese: Wie Bäume ihren Wasserhaushalt regulieren

Eine Gondel am Drahtseil eines Baukrans trägt die Forschenden über die Baumkronen des Waldlabors. So können sie die Prozesse im Blätterdach ausgewachsener Bäume untersuchen. Foto: Christian Flierl, Universität Basel

Bisher war nicht klar, wann Pflanzen ihre Spaltöffnungen schließen, auf diese Weise die Wasserverdunstung unterbinden und was diesen Schutzmechanismus auslöst. Forschende am Departement Umweltwissenschaften der Universität Basel liefern hierzu neue Erkenntnisse in der Fachzeitschrift Nature Plants. Die Studie zeigt, dass die Stomata bereits zu einem früheren Zeitpunkt geschlossen bleiben, nämlich dann, wenn die Wasseraufnahme in der Nacht erschwert ist. "Wir konnten damit erstmals zeigen, dass ein Baum die Spaltöffnungen am Morgen gar nicht erst öffnet, wenn er über Nacht nicht ausreichend Wasser aufnehmen konnte", erklärt Studienleiter Prof. Dr. Ansgar Kahmen, Preisträger unseres Eduard-Strasburger Preises im Jahr 2007. Damit verzichtet der Baum zugunsten des Wachstums auf die Photosynthese. 

Quelle: Uni Basel
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Doppelbeziehung mit zwei Pilzen macht Bäume fitter

Trichterlinge (Clitocybe) bilden eine Mykorrhiza mit einem Baum, indem die Pilzfäden mit dem feinen Wurzelsystem der Pflanze in Kontakt sind. Foto: Christian Körner, Uni Basel

Gehen Bäume und Bodenpilze eine enge Beziehung ein, profitieren beide Partner. Mehr als 400 weltweit verbreiteten Baumarten haben diese Kooperation noch verbessert: eine gleichzeitige Symbiose mit zwei unterschiedlichen Gruppen von Mykorrhiza-Pilzen. Diese Bäume kommen besser mit Wasser- und Nährstoffmangel zurecht – wichtige Eigenschaften für die Waldwirtschaft angesichts der Klimaerwärmung. Das berichten Forschende der Universität Zürich im Fachjournal Ecology Letters.

Quelle: Uni Zürich
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Konzept für gesunde, nachhaltige und widerstandsfähige Ernährungssysteme

Die Maßnahmen und Empfehlungen zur Erreichung von SARAS sollten Ökologie, Wirtschaft, Politik, soziale Aspekte sowie die Abstimmung zwischen globalen und lokalen Gegebenheiten als wichtige Dimensionen der Nachhaltigkeit einschließen.

Die Herausforderungen globaler Ernährungssicherheit, Umweltzerstörung und sozialer Ungleichheit verlangen ein Umdenken in der Gestaltung unserer Agrar- und Ernährungssysteme. In ihrem aktuellen, interdisziplinären Positionspapier stellt ein Team des Leibniz-Forschungsnetzwerks „Grüne Ernährung – Gesunde Gesellschaft“ das Konzept der Sustainable and Resilient Agrifood Systems (SARAS) vor – ein neuer systemischer Ansatz für gesunde, nachhaltige und widerstandsfähige Ernährungssysteme. Das Deutsche Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) ist als koordinierende Einrichtung des Netzwerks maßgeblich an der im Journal Sustainable Development veröffentlichten Publikation beteiligt. 

Qulle: DIfE
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Platterbse – Nachhaltigkeitspotential einer alten Kulturpflanze analysiert

Die wenig genutzte Platterbse, eine der ältesten Kulturpflanzen, bietet zahlreiche Vorteile für eine nachhaltige Landwirtschaft und die Ernährungssicherheit. Foto: Nadja Kasperczyk

Sie ist resistent gegen Trockenheit und verträgt auch hohe Niederschläge. Sie bindet Stickstoff und kann so den Bedarf an Düngemitteln verringern. Richtig verarbeitet kann sich die Platterbse zudem einen Platz in der innovativen, gesunden Küche erobern. Ein Forschungsteam der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) hat im Rahmen des EU-Projekts BioValue das beträchtliche Potenzial der derzeit kaum genutzten Platterbse (Lathyrus sativus) untersucht. Die Fallstudie, die sie gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Serbien, Spanien, Frankreich durchgeführt haben, ist in der Fachzeitschrift Sustainability erschienen. 

Quelle: Uni Gießen
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Ungebetene Dauergäste: Fast 2000 invasive Arten in Deutschland heimisch

Eine neue Studie präsentiert erstmals eine umfassende Liste etablierter nicht-heimischer Arten in Deutschland, einschließlich der betroffenen Lebensräume, Herkunftsregionen und der dokumentierten Auswirkungen. Die meisten dieser 1962 Arten sind Pflanzen und Insekten, wobei 80 Prozent an Land leben. Besonders häufig wurden die Tiere und Pflanzen aus benachbarten europäischen Ländern, Asien und Nordamerika eingeführt. Die im Fachjournal Environmental Sciences Europe veröffentlichte Studie zeigt auch, dass bei fast 98 Prozent der Arten die Auswirkungen auf heimische Ökosysteme und die Wirtschaft noch unbekannt sind. „Während früher Tiere und Pflanzen hauptsächlich für Jagd- und Freizeitaktivitäten ins Land gebracht wurden, haben sich mit dem globalen Handel und der veränderten menschlichen Mobilität auch die Einführungswege von gebietsfremden Arten verändert“, erklärt Dr. Philipp Haubrock, der vormals am Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt war und heute an der Bournemouth University in Großbritannien beschäftigt ist. Die Forschenden hoffen, dass ihre Bestandaufnahme den politischen Entscheidungsträger*innen hilft, gezielte Strategien zu entwickeln und die Öffentlichkeit für die Risiken invasiver Arten zu sensibilisieren, um weitere Einführungen und unbeabsichtigte Ausbreitungen zu verhindern. 

Quelle: Senckenberg
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Vertical Farming: höhere Erträge, geringere Umweltauswirkungen

Das Forschungsteam: Dr. Vanesa Calvo-Baltanas, Doktorand Jooseop Park und Prof. Senthold Asseng, mit einer der Vertical Farming Einheiten für den Anbau von Sojabohnen bei TUMCREATE in Singapur. Foto: Israel Tan Si Lie, TUM

Vertical Farming kann mehr als nur Salat. Ein Forschungsteam hat den Anbau von sechs Lebensmittelgruppen im Vertical Farming untersucht: Nutzpflanzen, Algen, Pilze, Insekten, Fisch und kultiviertes Fleisch. In der Studie zeigen die Forschenden von TUMCREATE, eine von der Technischen Universität München (TUM) geleitete Forschungsplattform in Singapur, die positiven Auswirkungen, die Vertical Farming sowohl auf den Ertrag als auch auf verschiedene Umweltfaktoren hat, wie sie im Fachjournal PNAS Nexus berichten. Sie betonen die Rolle von Vertical Farming für die Ernährungssicherung.

Quelle: TUM
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Wie Peptid und Rezeptor die Blütenarchitektur von Gerste steuern

Von links nach rechts: reife Gerstenpflanze; Vergleich zwischen Wildtyp- und Hvclv1-Mutantengerstenblütenständen; Mikroskopieaufnahmen von Gerstenblütenständen in frühen Entwicklungsstadien. Das Bild oben rechts wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen, während das Bild darunter mit einem konfokalen Mikroskop entstand. Es zeigt einen Gerstenblütenstand, der die fluoreszierende HvFCP1-Reporterlinie ausbildet. Fotos: Isaia Vardanega, HHU

Biologinnen und Biologen haben ein Peptid und den zugehörigen Rezeptor identifiziert, die das Wachstum von Blütenständen in zwei Achsen bestimmen. Dass davon auch die Zahl der gebildeten Gerstenkörner abhängt, erläutert das Team unter der Leitung von Prof. Dr. Rüdiger Simon vom Institut für Entwicklungsgenetik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) in einer Studie im Fachmagazin Nature Communications. Dazu kombinierten sie eine Genfunktionsanalyse auf zellulärer Ebene mit einer detaillierten phänotypischen Charakterisierung mit Hilfe von Rasterelektronen- und Fluoreszenzmikroskopie. Dr. Isaia Vardanega, Erstautor der Studie, sagt: „Unsere Entdeckung ermöglicht es nun, die Blütenstände von Gräsern neu zu gestalten. Indem wir das Stammzellsystem der Gerste genauer verstehen, können wir beispielsweise die Zahl der Körner erhöhen und somit zu einer höheren landwirtschaftlichen Produktion beitragen.“ Prof. Simon ergänzt: „Unsere Kenntnisse zur genetischen Steuerung der Architektur von Gerste wird es ermöglichen, mit Hilfe von Genomediting schneller neue und ertragreiche Pflanzensorten zu erzeugen.“ 

Quelle: HHU
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Warum die Artenvielfalt Vom Vorgarten zum Kontinent nicht gleichmäßig zunimmt

Die Zahl der Arten nimmt nicht gleichmäßig zu, wenn man sich von kleinen Ökosystemen zu kontinentalen Maßstäben bewegt – dieses Phänomen ist in der Ökologie seit Jahrzehnten bekannt. Jetzt hat ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) eine neue Theorie entwickelt, welche die drei Phasen erklärt, die typisch sind für die Verteilung der Arten im Raum. Die Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Nature Communications könnte helfen abzuschätzen, wie viele Arten durch die Zerstörung von Lebensräumen verloren gehen. 

Quelle: iDiv
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Verlust genetischer Pflanzenvielfalt aus dem Weltall sichtbar

Durch zunehmende „Begrünung“ von Gebirgsregionen durch Bäume und Sträucher geraten Pflanzen wie der Sideritis, oder Griechischer Bergtee, unter Druck. Foto: Theodoridis

Die Auswirkungen der zunehmenden Begrünung vieler europäischer Gebirgsregionen auf die genetische Pflanzenvielfalt hat ein internationales Forschungsteam im Fachjournal Current Biology am Beispiel des Griechischen Bergtees Sideritis geschildert. Die Studie vom Team um den Senckenberg-Wissenschaftler Dr. Spyros Theodoridis zeigt mithilfe von Satellitenbildern und Genanalysen, dass der durch Klima- und Landnutzungswandel geförderte Vegetationszuwachs in Gebirgen zu genetischer Verarmung führen kann: Je dichter die Vegetation in den vergangenen 40 Jahren wurde, desto stärker nahm die genetische Vielfalt der Pflanzen ab.

Quelle: Senckenberg
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Klimawandel erhöht das Risiko gleichzeitiger Waldbrände

Der Klimawandel erhöht in vielen Regionen der Erde das Risiko von Waldbränden. Ausschlaggebend sind dafür unter anderen bestimmte Witterungsbedingungen, die die Ausbreitung eines Feuers erleichtern, das sogenannte Feuerwetter. Forschende des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben nun mit Kolleg*innen aus Australien in einem deutsch-australischen Forschungsprojekt herausgefunden, dass sich die Saisons dieser Feuerwetter in Ost-Australien und West-Nordamerikazunehmend zeitlich überschneiden. Das Forschungsteam hat sich sowohl mit den Gründen dieser Verschiebung befasst als auch mit den Auswirkungen auf die länderübergreifende Kooperation der Feuerwehren in Kanada, den USA und Australien bei der Brandbekämpfung. Die Forschungsarbeit wurde im Fachmagazin Earth's Future veröffentlicht.

Quelle: UFZ
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Waldsterben in Wasserschutzgebieten gefährdet Trinkwasserqualität

Ein Waldgebiet mit vielen abgestorbenen Bäumen. Bild: Teja Kattenborn

Das Waldsterben in deutschen Wasserschutzgebieten führt zu einer Verschlechterung der Trinkwasserqualität. Dass sich die durchschnittlichen Nitrat-Konzentrationen in betroffenen Wasserschutzgebieten verdoppelt haben, zeigt eine im Fachjournal Earth’s Future veröffentlichte Studie. Die Auswirkungen auf die Wasserqualität sind je nach Standort unterschiedlich stark ausgeprägt, wobei verzögerte Effekte erst in den kommenden Jahren sichtbar werden könnten. Das berichtet die Hydrologin Dr. Carolin Winter von der Uni Freiburg gemeinsam mit einem Wissenschaftsteam. 

Quelle: Uni Freiburg
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Genauigkeit der Vorhersage agronomischer Merkmale verbessert

Fortschritte bei Phänotypisierungsplattformen mit Hochdurchsatz (HTP) in Verbindung mit Genotypisierungstechnologien haben die Züchtung von Sorten mit gewünschten Merkmalen auf der Grundlage genomischer Vorhersagen revolutioniert. Bisher fehlt aber noch das Verständnis für die Ausprägung mehrerer Merkmale zu verschiedenen Zeitpunkten während der Wachstumsphase der Pflanze. Ein Forschungsteam, dem u.a. das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik (IPK) und Kulturpflanzenforschung und das Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) angehören, hat jetzt einen computergestützten Ansatz entwickelt, um dies Problem zu lösen. Die Ergebnisse wurden in Nature Plants veröffentlicht. 

Quelle: IPK (pdf)
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Genschalter macht Zuckerhirse salztolerant

Die Sorghumhirsen-Sorte „Della“ (oben) verschiebt aufgrund einer weniger aktiven Variante des Gens SWEET13 weniger Ressourcen in die Samen. Die Sorte „Razinieh“ (unten) speichert - mit einem ​​​​​salzaktivierten SWEET13-Allel versehen - mehr Kohlenhydrate in ihren Samen. Foto: KIT

Sorghumhirse gilt als eine Kulturpflanze der Zukunft: Sie baut besonders viel Biomasse auf und gedeiht auch unter harschen Bedingungen. Bestimmte Sorten bilden auf salzigen Böden sogar mehr Zucker. Diese salzstress-bedingte Zuckeransammlung haben nun Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) in einem internationalen Team genauer untersucht und festgestellt, dass der Genschalter SWEET13 den Zucker in die Körner lenkt. Durch Züchtung lässt sich SWEET13 in verschiedene Sorten der Sorghumhirse einkreuzen, um zur Ernährungssicherheit beizutragen. Über ihre Ergebnisse berichten die Forschenden in der Fachzeitschrift Scientific Reports

Quelle: KIT
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Wie Eukaryonten einst entstanden

Entwicklung der Längenverteilung proteincodierender Gene im Laufe der Evolution. Grafik und (c): Fernando J. Ballesteros

Wie es zu eukaryontischen Zellen kam, einer Komplexität, die die Entstehung von Tieren, Pflanzen und Menschen überhaupt erst ermöglichte, haben Forschende von vier Universitäten viele Jahre diskutiert, bis sie nun eine Erklärung fanden. „Anfangs wuchsen die Proteine und die proteincodierenden Gene gleichermaßen“, erklärt Dr. Enrique Muro, Computerbiologe an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU). Die Lösung der Evolution: Sie baute in die Gen-Baupläne nicht-codierende Bereiche ein, also solche, die keine Protein-Informationen enthalten. Während das Wachstum des durchschnittlichen Proteins bei einer Länge von 500 Aminosäuren stagnierte, konnten die Gene auf diese Weise weiterwachsen – und zwar exponentiell, wie das Team der JGU, der Universität Valencia, der Polytechnischen Universität Madrid und der Universität Zürich, theoretisch und anhand von Beobachtungen im Fachjournal PNAS im Februar beschrieb und heute der Öffentlichkeit mitteilte. Das Wachstum der Gene hält bis heute an. Die Forschenden konnten ebenfalls vorhersagen, wie sich die Länge der codierenden Gene zukünftig entwickeln wird.

Quelle: JGU
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Nährstoffe verändern die Wirkung von Niederschlägen auf das Pflanzenwachstum

Die NutNet-Versuchsflächen im Jena Experiment wurden mit verschiedenen Kombinationen aus Stickstoff, Phosphor und Kalium gedüngt. Foto: Christiane Roscher

1Wie sich die Beziehung zwischen mittlerem Jahresniederschlag und der Biomasse im Grünland durch die Zugabe von einem oder mehreren Nährstoffen verändert, zeigt eine neue, im Fachmagazin PNAS erschienene Studie. Darin zeigen die Forschenden, dass Niederschlag und Nährstoffverfügbarkeit die wichtigsten Einflussfaktoren für die Pflanzenbiomasse sind, Auswirkungen der Pflanzenvielfalt auf die Biomasse sind hingegen gering. Für die Studie hatten die Forschenden Messungen der oberirdischen Pflanzenbiomasse sowie der Artenvielfalt auf 71 Grünlandflächen auf sechs Kontinenten durchgeführt. Dazu gehörten sowohl natürliche als auch kultivierte Flächen, die sich hinsichtlich Bodenbeschaffenheit, Nährstoffgehalt und Bewirtschaftung unterschieden. An der globalen Analyse, die vom US-Landwirtschaftsministerium geleitet wurde, waren auch Forschende des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) sowie der Universität Leipzig beteiligt.

Quelle: iDiv
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Baumsterben kann für Eichenverjüngung genutzt werden

Forschungsfläche mit hoher Mortalität im Oberstand und artspezifischer Ausdünnung im Unterstand. Foto: Christoph Doktor

Die für den Leipziger Auwald und andere deutsche Eichenwälder typischen Stieleichen können sich wegen Lichtmangels im Unterwuchs kaum noch verjüngen. Ein Grund dafür sind fehlende Überflutungen in Auwäldern. Forschende der Universität Leipzig und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) haben in einem zweijährigen Eichenexperiment im Leipziger Auwald herausgefunden, dass das aktuelle Baumsterben in Folge von Dürren und Schädlingsausbreitung in Kombination mit einer Ausdünnung bestimmter Arten im Unterwuchs für die Eichenverjüngung genutzt werden kann, wie sie im Fachmagazin Forest Ecology and Management berichten. 

Quelle: Uni Leipzig
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Europäisches Kartoffelgenom entschlüsselt: Kleiner Genpool mit großen Unterschieden

Ein Forschungsteam hat das Genom historischer Kartoffelsorten entschlüsselt und eine effizientere Methode für künftige Analysen entwickelt. Da das Genom der Kartoffel in jeder Zelle vier Genome anstatt nur zwei enthält, ist die kreuzungs-basierte Züchtung vergleichsweise herausfordernd. Einem Team um Professor Korbinian Schneeberger, Leiter der Forschungsgruppe „Genome Plasticity and Computational Genetics“ an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und dem MPI für Pflanzenzüchtungsforschung, ist nun ein wichtiger Fortschritt gelungen: Wie die Forschenden im Fachmagazin Nature berichten, konnten sie das Genom von zehn historischen Kartoffelsorten rekonstruieren und benutzten dieses Wissen, um weitere Kartoffelgenome bedeutend einfacher und schneller rekonstruieren zu können. Die ohnehin wenigen ab dem 16. Jahrhundert aus Südamerika importierten Kartoffellinien hatten einen reduzierten Genpool. Überraschenderweise zeigte die Studie, dass die Unterschiede zwischen einzelnen Chromosomen-Kopien enorm sein können.

Quelle: LMU
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Wie sich der Landnutzungswandel auf die Kohlenstoff-Speicherung in Afrika auswirkt

Zu- oder Abnahme des oberirdischen Kohlenstoffs in Bäumen und Sträuchern (AGC) und des unterirdischen Kohlenstoffs in Wurzeln (BGC) sowie des organischen Kohlenstoffs im Boden (SOC) je nach Landnutzungskonzept. Bild: Liana Kindermann

Wenn sich Menschen und Wildtiere in der afrikanischen Savanne einen Lebensraum teilen, müssen Entscheidungen getroffen werden, wie diese Landfläche zukünftig genutzt werden soll. An die Region angepasste, nachhaltige Bewirtschaftungsstrategien können helfen, die Bedürfnisse der Menschen vor Ort einzubeziehen und gleichzeitig die Ökosystemleistungen der Savanne zu erhalten, wie eine von der Universität Potsdam angeführte Studie im Fachmagazin Global Change Biology  zeigt. 

Quelle: Uni Potsdam
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Konzept für ein Nationales Biodiversitätsmonitoring im Wald vorgelegt

Biodiversität im Wald. Foto: Petra-Elena Dühnelt, Thünen-Institut

Deutschlands Wälder sind reich an Arten, Lebensräumen und genetischer Vielfalt. Wie groß dieser Reichtum ist und wie er sich entwickelt, wird bisher nur unzureichend erfasst. 25 Autorinnen und Autoren aus 17 Institutionen und Verbänden schlagen deshalb in einem Working Paper ein neuartiges Monitoring vor. Es soll Daten aus bestehenden Erhebungen integrieren, die Waldbewirtschaftung einbeziehen und so Aussagen zur Biodiversität im Wald ermöglichen, wie das Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei berichtet.

Quelle: Thünen-Institut
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Bäume machen Städte klimaresistenter und Menschen glücklicher

Der Karlsruher Fasanengarten ist ein Ort mit intakter Flora und Fauna und vielfältigem Baumbestand, in dem sich Menschen gerne aufhalten Foto: Zoe Petridis, KIT

Ob als Schutz vor Wetterextremen oder als Erholungsraum – Grünanlagen haben für die Stadtbevölkerung eine wichtige Funktion. Wie genau sich insbesondere ein vielfältiger Baumbestand auf das Mikroklima, die Regenwasserversickerung und das menschliche Wohlbefinden auswirkt, zeigen Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) nun in zwei Studien. Ihre Ergebnisse haben sie in den Fachzeitschriften Sustainable Cities and Society und Scientific Reports veröffentlicht. 

Quelle: KIT
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„Internet der Natur” – Verborgene Netzwerke des Lebens

Warum der Informationsaustausch zwischen Arten entscheidend ist für die Stabilität von Ökosystemen, zeigt eine neue Studie. Im Fokus steht das sogenannte „Internet der Natur“. Dieses Konzept zeigt, wie Lebewesen nicht nur Materie und Energie austauschen, sondern auch Informationen, die ihr Verhalten, ihre Interaktionen und die Dynamik von Ökosystemen entscheidend prägen. Die Studie geleitet von Dr. Ulrich Brose vom Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Friedrich-Schiller-Universität Jena, wurde in der Fachzeitschrift Nature Ecology and Evolution veröffentlicht und bietet einen neuen Blick auf die verborgenen Mechanismen in der Natur.

Quelle: iDiv
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Studie zur Bedrohung von Kalkmagerrasen publiziert

Ursachen und Auswirkungen des Vordringens der Aufrechten Trespe (Bromus erectus), ein hochwüchsiges, mehrjähriges Gras, in Kalkmagerrasen haben Prof. Dr. Thomas Fartmann von der Universität Osnabrück mit weiteren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern im Kaiserstuhl im Südwesten Baden-Württembergs untersucht. Ihre nun in der Fachzeitschrift Journal of Environmental Management publizierte Studie ergab, dass trotz eines intensivierten Naturschutzmanagements die Bedeckung der Grasart in den vergangenen 40 Jahren stark zugenommen hat. Sie bedroht die artenreichen Kalkmagerrasen. Die Forschenden schlagen häufigeres Management und kürzere Ruheintervalle vor. 

Quelle: Uni Osnabrück
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Die grüne Vergangenheit der Arabischen Wüste

Tropfsteine aus vergangener Zeit wie in der Farhan-Höhle in Saudi-Arabien sind beeindruckende Klimaarchive. Foto: Hubert Vonhof, MPI für Chemie

Mineralablagerungen aus Tropfsteinhöhlen zeigen, dass das Landesinnere des heutigen Saudi-Arabiens im Lauf der letzten acht Millionen Jahre immer wieder und über kürzere Zeiträume feucht und grün war. Ein internationales Team unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz konnte mit Unterstützung der saudischen Kulturerbe-Kommission und des saudischen Kulturministeriums das Klima der Arabischen Wüste mit Hilfe von Isotopenanalysen rekonstruierten. Die Forschenden schlussfolgern in ihrer in Fachmagazin Nature erschienenen Studie, dass das ausgedehnte Trockengebiet zwischen Afrika und Eurasien nicht immer ein unüberwindbares Hindernis für Menschen und Tiere war. 

Quelle: MPI für Chemie
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Neuer DNA-Marker außerhalb des Mikrobenreichs

Xiaoqi Feng hält ein männliches Lebermoos. Foto und (c): ISTA

Könnte es sein, dass einer von nur drei bekannten Markern, die direkt auf die DNA abzielen, gar nicht außerhalb des Mikrobenreichs existiert? Forschende unter der Leitung von Xiaoqi Feng am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) haben jetzt nachgewiesen, dass dieser Marker – N4-Methylcytosin (4mC) – unerlässlich ist für die Entwicklung und Reifung der Spermien im Lebermoos Marchantia polymorpha, eine der ältesten existierenden Pflanzenformen und damit einem wichtigen Organismus in der Evolution von Pflanzen. Die Ergebnisse hat das Team in der Fachzeitschrift Cell veröffentlicht. Die vorliegende Studie wurde am Department of Cell and Developmental Biology des John Innes Centre in Norwich, Großbritannien, begonnen, bevor Xiaoqi Feng an das ISTA wechselte.

Quelle: ISTA
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Dark Diversity – die bislang unbekannte Seite der Pflanzenvielfalt

DarkDivNet-Standort in Norwegen eine von weltweit 5.500 Untersuchungsflächen des Forschungsnetzwerks. Foto: DarkDivNet

Oft fehlen in der natürlichen Vegetation Pflanzenarten, die aufgrund der ökologischen Gegebenheiten auf diesen Flächen eigentlich vorkommen müssten. Besonders hoch ist die sogenannte Dark Diversity in jenen Regionen, die stark vom Menschen beeinflusst sind. Dies geht aus einer internationalen Studie hervor, die von der estnischen Universität Tartu geleitet und unter Beteiligung u. a. des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung Halle-Jena-Leipzig (iDiv) sowie der Universität Hamburg in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde. 

Quelle: UFZ
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Schwindende CO₂-Speicherfunktion der Wälder könnte Klimaziele unerreichbar machen

Bisher haben Wälder jedes Jahr rund 7,8 Milliarden Tonnen CO2 aufgenommen – etwa ein Fünftel der menschengemachten Emissionen. Doch ihre Fähigkeit, Kohlenstoff zu speichern, ist zunehmend durch den Klimawandel und menschliche Eingriffe wie Abholzung gefährdet. Eine neue Studie des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK), heute in Nature Communications veröffentlicht, zeigt, dass Klimastrategien die möglicherweise abnehmende Fähigkeit der Wälder CO2 zu binden berücksichtigen müssen. Andernfalls könnte das Erreichen der Pariser Klimaziele erheblich schwieriger, wenn nicht unmöglich werden – und deutlich teurer. 

Quelle: PIK
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Nach 7000 Jahren ohne Licht und Luft: Forschende erwecken prähistorische Alge wieder zum Leben

Entfaltete selbst nach rund 7000 Jahren ohne Licht und Luft im Ostseesediment wieder volle Lebensaktivität: Die Kieselalge Skeletonema marinoi. Aufnahme. S. Bolius, IOW

Ein Forschungsteam konnte Ruhestadien einer Alge wiederbeleben, die vor fast 7000 Jahren zum Grund der Ostsee gesunken waren. Trotz jahrtausendelanger Inaktivität im Sediment ohne Licht und Sauerstoff erlangte die untersuchte Kieselalgenart ihre volle Lebensfähigkeit zurück. Die kürzlich unter Federführung des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) im Januar im ISME-Fachjournal publizierte Studie wurde im Rahmen des durch die Leibniz-Gemeinschaft geförderten Verbundprojektes PHYTOARK durchgeführt, das mittels paläoökologischer Untersuchungen der Ostsee-Vergangenheit die Ostsee-Zukunft besser verstehen will.

Quelle: IOW
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Wie Samenpflanzen sich über Jahrmillionen verbreiten

Das Wechselspiel von Umweltbedingungen und geografische Barrieren wie Berge und Seen bestimmen, wo Pflanzen gedeihen – eine internationale Studie zeigt, wie sich diese Muster über Millionen Jahre entwickelt haben. Foto: Holger Kreft

Warum wachsen manche Pflanzen in bestimmten Regionen und in anderen nicht? Eine internationale Studie hat die Faktoren untersucht, welche die Verbreitung von Samenpflanzen beeinflussen und wie sich diese Muster im Laufe der Jahrmillionen verändert haben. Die Forschung unterstreicht, dass Umweltbedingungen und geografische Barrieren verschiedene Pflanzenarten unterschiedlich stark beeinflussen und damit die globale Pflanzenvielfalt zu einem hohen Maß mitgestalten. Die Ergebnisse unter Leitung der Universität Göttingen wurden im November 2024 in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution veröffentlicht und heute der Öffentlichkeit vorgestellt.

Quelle: Uni Göttingen
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Nachhaltige Landwirtschaft durch Zusammenarbeit

Blühflächen im Landkreis Northeim, die im Rahmen des Pilotprojekts „KOOPERATIV – Biodiversität auf der Landschaftsebene fördern“ angelegt wurden. Foto: Jule Huber

Um nachhaltige Landwirtschaft zu fördern, hat die EU im Rahmen ihrer Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) Agrarumwelt- und Klimamaßnahmen (AUKMs) entwickelt. Sie sollen Landwirtinnen und Landwirte anregen, Maßnahmen zu Biodiversität, Ökosystemleistungen und Klimaschutz auf ihren Flächen zu integrieren. Die neue GAP-Gesetzgebung von 2023 hebt die Bedeutung innovativer Ansätze, wie kooperativen AUKMs hervor, doch die Teilnahmebereitschaft dazu ist noch unklar. Deshalb haben Forschende der Universitäten Göttingen und Kassel im Rahmen des Forschungsprojektes „KOOPERATIV – Biodiversität auf der Landschaftsebene fördern“ Faktoren identifiziert, die Landwirtinnen und Landwirte dazu motivieren, sich an kooperativen AUKMs zu beteiligen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Earth Stewardship veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen
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Der verheerende Einfluss des Menschen auf die Biodiversität

Intensive Landwirtschaft führt zur Verarmung der Biodiversität – insbesondere im Ackerbau, wo grosse Mengen an Pestiziden und Dünger eingesetzt werden. Oft geht nicht nur die Artenvielfalt zurück, es verschiebt sich auch die Artenzusammensetzung. Foto: Florian Altermatt

Der Mensch beeinträchtigt die Biodiversität weltweit und in hohem Ausmaß. Nicht nur die Artenzahlen nehmen ab, auch die Zusammensetzung der Artengemeinschaften verändert sich. Das zeigt eine im Fachmagazin Nature erschienene Studie der Universität Zürich (UZH) und der Eawag. Es handelt sich um eine der größten je durchgeführten Untersuchungen zu diesem Thema.

Quelle: UZH
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Metastudie: mit Zwischenfrüchten Schadstoffe im Ackerboden entfernen

Formen der Phytosanierung. Grafik: UFZ

Nitrat, Pestizide, Metalle, Plastik – Böden in der Landwirtschaft enthalten häufig Schadstoffe. Gibt es nachhaltige und klimaneutrale Lösungen, um die Bodengesundheit von Agrarflächen zu verbessern und zu fördern? Ja, sagt ein Forschungsteam des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ). Bestimmte Pflanzenarten könnten als Zwischenfrüchte zur Phytosanierung eingesetzt werden zum Entfernen von Schadstoffen aus dem Boden. In ihrem im Fachmagazin Trends in Plant Sciences veröffentlichten Artikel tragen die Forschenden Ergebnisse aus mehr als 100 wissenschaftlichen Studien zusammen und zeigen, welche Pflanzen sich nach bisherigem Kenntnisstand eignen, Schadstoffe zu entfernen oder im Wurzelraum zu fixieren.

Quelle: UFZ
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Hohe Baumarten-Vielfalt mindert Hitze in Wäldern

Unterhalb der Baumkrone ist es während Hitzewellen kühler und während Kältewellen wärmer als in der Umgebung. Diese Temperaturpufferung ist umso stärker, je mehr Baumarten im Wald wachsen. Das Foto zeigt eine Versuchsfläche im BEF-China-Experiment. Foto: iDiv

Ein Wald mit hoher Baumartenvielfalt kann Hitzewellen im Sommer und Kältewellen im Winter besser abpuffern als ein Wald mit weniger Baumarten. Dies ist das Ergebnis einer Studie unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Universität Leipzig und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Die Studie wurde in einem großen Freilandexperiment mit gepflanzten Bäumen in China durchgeführt und in der Zeitschrift Ecology Letters veröffentlicht. Sie liefert ein weiteres Argument für die Diversifizierung von Baumarten, insbesondere angesichts des fortschreitenden Klimawandels.

Quelle: iDiv
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Struktur der zellulären Schutzschicht um Algen-Zilien enthüllt

Der Aufbau eines Ziliums der Grünalge Clamydomonas reinhardtii (tomographische Segmentierung). Grafik: Adrian Nievergelt, adapted from Hoepfner et al. (2025)

Die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii hat - wie viele biologische Zellen - feine, haarähnliche Fortsätze auf ihrer Oberfläche, sog. Zilien, die ihnen beispielsweise zur Fortbewegung oder zur Erkennung von Signalen dienen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Münster, Potsdam und Italien haben nun die Schutzschicht aufgeklärt, die diese Zilien umgibt. Dabei identifizierten sie die Glykoproteine FMG1B und FMG1A als Hauptbestandteile, wobei sich FMG1A als eine zuvor unbekannte Variante von FMG1B herausstellte, wie sie im Fachmagazin Advanced Science berichten. Biochemisch ähneln die beiden Glykoproteine den bei Säugetieren vorkommenden Schleimproteinen, sogenannten Mucinen. „Diese Entdeckung erweitert unsere Kenntnis darüber, wie Zellen die direkte Interaktion mit ihrer Umgebung regulieren“, unterstreicht Pflanzenbiotechnologe Prof. Dr. Michael Hippler von der Universität Münster. „Wir erhalten zudem Hinweise darauf, wie ähnliche Schutzmechanismen bei anderen Organismen funktionieren könnten.“, ergänzt Dr. Adrian Nievergelt vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam.

Quelle: Uni Münster
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Natürlicher Türsteher: Wie Pflanzen Barrieren für gesunde Beziehungen nutzen

Die Wurzeln der Lotus japonicus Pflanzen bilden Knöllchen, die Rhizobium-Bakterien beherbergen und so die Stickstoff-Fixierung ermöglichen. Foto: Defeng Shen

Forschende haben ein verborgenes Talent des Caspary-Streifens entdeckt - einer Wurzelstruktur, die vor allem als Pförtner der Pflanze bekannt ist. Wie sich herausstellte, spielt diese natürliche Barriere auch eine Schlüsselrolle dabei, dass Hülsenfrüchte die richtige Menge Stickstoff von ihren bakteriellen Partnern erhalten. Seit mehr als einem Jahrhundert ist der Caspary-Streifen als Türsteher der Wurzel bekannt; diese Studie zeigt jedoch, dass er eine zweite Funktion hat: Er reguliert den empfindlichen Stoffwechsel zwischen Pflanzen und Bakterien. Die jetzt vom Team des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ), der Universität zu Köln und der Universität Kopenhagen Im Fachjournal Science veröffentlichten Ergebnisse könnten Forschenden helfen, besser zu verstehen, wie Pflanzen und Mikroben ihre unterirdischen Geschäfte aushandeln.

Quelle: MPIPZ
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Ressourceneffiziente Baumarten wachsen schneller unter realen Bedingungen

Die Schwarz-Erle (Alnus glutinosa ist eine konservative Baumart. Foto: W. Carter, Wikimedia

Eine Studie in Nature zeigt, dass sogenannte konservative Arten, die Nährstoffe, Wasser und Energie am effizientesten nutzen, unter realen Bedingungen im Allgemeinen schneller wachsen als akquisitive, angeblich schnell wachsende Arten. Um zu ermitteln, welche Baumarten am meisten Kohlenstoff binden, hat ein internationales Forschungskonsortium, darunter Forschende vom Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig, der Universität Leipzig und dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), untersucht, welche Merkmale oder funktionellen Eigenschaften das Wachstum und damit die CO2-Sequestrierung in der Biomasse von Bäumen begünstigen. Dazu hatte das Team das Wachstum von 223 Baumarten, die in 160 Wäldern auf der ganzen Welt gepflanzt wurden, untersucht, wobei alle wichtigen Waldbiome – große Gemeinschaften von Pflanzen und Tieren die durch Klima und Region definiert sind – vertreten waren: Tundren, Wüsten, Savannen, gemäßigte Wälder, tropische Wälder, boreale Wälder, Graslandschaften und das mediterrane Biom. Die Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis bei, welche Bäume das größte Potenzial zur Minderung der CO2-Emissionen haben.

Quelle: iDiv
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Maisanbau in Nigeria: Bessere Vorhersage von Schädlings- und Klimarisiken

Blattschäden an Maispflanzen durch Schädlingsbefall, verursacht durch den Herbst-Heerwurm (Spodoptera frugiperda). Solche Schäden können zu erheblichen Ernteverlusten führen und bedrohen die Ernährungssicherheit. Foto: Esther Shupel Ibrahim, ZALF

Eine neue Studie, veröffentlicht in Agriculture, Ecosystems and Environment, zeigt, dass Schädlinge wie der Herbst-Heerwurm (Spodoptera frugiperda) und Engerlinge (Holotrichia serrata) in den kommenden Jahrzehnten erhebliche Auswirkungen auf den Maisanbau in Nigeria haben könnten. Forschende, unter anderem vom Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF), nutzten agro-ökosystemische Modellierungen, um erstmals umfassend darzustellen, wie sich Schädlingsrisiken unter verschiedenen klimatischen Bedingungen entwickeln, und um wirtschaftliche Schätzungen zu den Ernteverlusten zu liefern.

Quelle: ZALF
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Neuer Wirkstoff gegen verbreitetes Gurkenmosaikvirus

Der Wirkstoff schützt Pflanzen zuverlässig vor dem Gurkenmosaikvirus. Beide Pflanzen wurden mit dem Virus infiziert, das Exemplar links im Bild war aber nicht geschützt. Foto: Heiko Rebsch, Uni Halle

Ein neuartiger Wirkstoff schützt Pflanzen zuverlässig vor dem am häufigsten auftretenden Virus in Landwirtschaft und Gartenbau: dem Gurkenmosaikvirus. Entwickelt wurde der Wirkstoff von Forschenden der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) um Prof. Dr. Sven-Erik Behrens. Er besteht aus RNA-Bausteinen, die das Immunsystem der Pflanzen beim Kampf gegen das Virus unterstützen. Auch bei einer hohen Virenlast überlebten 80 bis 100 Prozent der behandelten Pflanzen eine Infektion im Labor, wie sie im Fachmagazin Nucleic Acids Research berichten. Die Arbeit wurde vom Journal als Breakthrough Article eingestuft und das Team arbeitet nun daran, die Idee vom Labor in die Praxis zu übertragen.

Quelle: MLU
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Wie lokaler Bakterienbefall die ganze Pflanze in Alarm versetzt

Mit Mikroelektroden aus feinausgezogenem Glas können unter mikroskopischer Kontrolle elektrische Signale im Arabidopsis-Pflanzenblatt gemessen werden (links). An den Leitungsbahnen der Ackerbohne rauschen elektrische Signale entlang der dunkelgrün erscheinenden Siebelemente (SE) in den eng mit ihnen verknüpften hellgrünen Geleitzellen (GZ; rechts). Im rechten Bild leuchten die Photosynthese-treibenden Chloroplasten unter dem Mikroskop hell auf. Fotos: Tom Haufschild (l.), Alexandra Furch (r.)

Werden Pflanzen von krankmachenden Bakterien befallen, leiten sie die Signale vom Ursprungsort an der Blattoberfläche über chemische und elektrische Signale ins Innere weiter und stellen sich auf Verteidigungsmodus um. Um herauszufinden, wie und wo die Wahrnehmung eines Bakterienkontaktes in elektrische Signale umgewandelt wird, untersuchte ein Forschungsteam um PD Dr. Alexandra Furch von der Uni Jena, wie der äußere Reiz weitergeleitet wird. Dabei entdeckten die Forschenden zwei verschiedene Arten elektrischer Wellen, die sowohl die lokale als auch die systemische Abwehrreaktion von Pflanzen triggern. Das berichtet das Team in einer im Februar erschienenen Studie im Fachmagazin Science Advances. Eine weitere neue Erkenntnis ist, dass sog. Verschlussproteine in den Leitbahnen bei der Abwehrantwort in den beiden untersuchten Pflanzenarten (Arabidopsis thaliana und Vicia faba) eine Rolle spielen. Diese Erkenntnisse könnten genutzt werden, um Pflanzen mit größerer eigener Resistenz auszustatten und somit den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln zu reduzieren.

Uni Jena
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50 Jahre Daten für einen nachhaltigen Freilandgemüsebau

Im Rahmen des Langzeit-Düngungsexperiments wurden Gemüsekulturen, darunter Sellerie, angebaut. Foto: B. Löffelbein, IGZ

Von 1972 bis 2022 erforschten Wissenschaftler*innen in Großbeeren, wie sich verschiedene Düngestrategien auf die Gemüse- und Bodenqualität auswirken. In der Kastenparzellenanlage in Großbeeren wurde eines der weltweit längsten Düngungsexperimente mit Gemüse durchgeführt. Die erhobenen und nun von Forschenden des Leibniz-Instituts für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) veröffentlicht Daten sind im „BonaRes Repositorium für Boden- und Agrarforschungsdaten“ frei zugäng und unterstützen eine nachhaltige Bodenbewirtschaftung sowie einen umweltfreundlicheren Freilandgemüsebau.

Quelle: IGZ
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Waldbericht 2025: Schweizer Wald unter Anpassungsdruck

Im vergangenen Jahrzehnt setzten Extremereignisse wie Hitze, Trockenheit, Stürme und Schadorganismen dem Schweizer Wald stark zu. Damit der Wald seine Funktionen für Mensch und Umwelt künftig erfüllen kann, muss er an den Klimawandel angepasst werden. Dies zeigt der Waldbericht 2025 des Bundesamtes für Umwelt BAFU und der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL).

Quelle: WSL
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Magnetische Mikroalgen werden zu Robotern

Die Animation veranschaulicht, wie der Mikroschwimmer mit magnetischen Nanopartikeln beschichtet wird und wie er in Wasser und viskosen Flüssigkeiten schwimmt. Grafil: MPI für Intelligente Systeme

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben Chlamydomonas reinhardtii, eine einzellige grüne Mikroalge, mit magnetischem Material beschichtet. Dieser Miniaturroboter wurde auf die Probe gestellt: Würde die Mikroalge mit ihrer magnetischen Beschichtung in der Lage sein, durch enge Räume zu schwimmen – und als wäre das nicht schon Herausforderung genug – durch eine zähe Flüssigkeit, wie sie etwa im menschlichen Körper vorkommt? Würde sich der winzige Roboter unter diesen schwierigen Bedingungen seinen Weg bahnen können? Die Forschungsergebnisse des Teams des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme wurden nun in der Zeitschrift Matter veröffentlicht.

Quelle: MPI für Intelligente Systeme
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Wie Konflikte um die Waldnutzung entschärft werden können

Mit dem internationalen „Tag des Waldes“ am 21. März machen die Vereinten Nationen auf die Bedeutung von Wäldern aufmerksam – weltweit mehren sich Konflikte um den bedrohten Lebensraum. Auch in Deutschland verschärfen sich Debatten um die Waldnutzung. Sie werden nicht zuletzt durch den Klimawandel angefeuert. Das ISOE – Institut für sozial-ökologische Forschung hat jetzt mit Ansätzen der Mediation eine Methode entwickelt und erprobt, um solche Konflikte um den Wald konstruktiv zu bearbeiten: Sie bringt alle Interessengruppen an einen Tisch. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Forest Policy and Economics veröffentlicht.

Quelle: ISOE
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Studie widerspricht umstrittener These zur Lebensraumfragmentierung

Lebensraumfragmentierung. Aufnahme: Wolkenkratzer, Wikimedia

Neue Forschungsergebnisse widersprechen der These, die Zerschneidung von Lebensräumen fördere die Artenvielfalt. Damit unterstreichen sie die Bedeutung großflächiger, miteinander verbundener Lebensräume. Die Forscherinnen und Forscher untersuchten 4.006 Arten von Tieren und Pflanzen an 37 Standorten auf der ganzen Welt. Mit den Daten verglichen sie die Unterschiede in der Artenvielfalt zwischen zusammenhängenden und fragmentierten Landschaften. Die Ergebnisse zeigen, dass fragmentierte Landschaften im Durchschnitt 13,6 % weniger Arten auf der kleinen Lebensraum-Ebene und 12,1 % weniger Arten auf der Landschaftsebene hatten. Die Ergebnisse von Forschenden nter Leitung der University of Michigan (U-M), des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) wurden in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Quelle: iDiv
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Wie pilzliche Pathogene eine Stressreaktion von Pflanzen gezielt ausnutzen

Die globale Nahrungsmittelversorgung hängt von einer erfolgreichen Landwirtschaft und damit verbunden auch von dem gezielten Schutz der Nahrungspflanzen gegenüber Pflanzenkrankheiten ab. Forschende der RWTH Aachen, der Australian National University (Canberra) und der Louisiana State University fanden heraus, wie pilzliche Pathogene gezielt eine Stressreaktion von Pflanzen ausnutzen. Gemeinsam konnten die Forschenden zeigen, dass es sich dabei um einen generellen Virulenzmechanismus verschiedener Krankheitserreger auf unterschiedlichen Wirtpflanzen handelt. Die Ergebnisse dieser Studie gelten also für verschiedene Nahrungspflanzen, wie Reis oder Mais, und für eine ganze Gruppe pflanzenpathogener Pilze und wurden im Februar in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Quelle: RWTH
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Duftstoff-Navi: Blüten manipulieren „stehlende“ Hummeln für bessere Bestäubung

Auf den Standbildern einer Videoaufnahme ist zu sehen, wie Hummeln, die das erste Mal Kontakt mit Springkraut-Blüten haben, diese mit ihren Mundwerkzeugen erkunden. Dabei beißen sie in die Blüten und können leichtflüchtige organische Substanzen schmecken. Foto: Prof. Dr. Robert Gegear

Duftstoffe von Blüten wirken nicht nur über die Luft, sondern auch als Geschmacksstoffe im Nektar. Das hat ein deutsch-US-amerikanisches Forschungsteam unter Leitung der Universität Ulm herausgefunden. Es konnte zeigen, dass Springkraut-Blüten Hummeln mit einem ausgeklügelten chemischen Leitsystem zum Nektar führen. Mit dieser raffinierten Strategie verhindern die Pflanzen auch, dass die Insekten nur den Nektar stehlen, ohne ihre Arbeit als Bestäuberinnen zu verrichten. Die Ergebnisse der Studie wurden im Fachjournal Current Biology veröffentlicht.

Quelle: Uni Ulm
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Wie Blaualgen Alltagschemikalien herstellen helfen

Chlorhaltige Chemikalien sind aus unserem Alltag nicht wegzudenken. Allerdings ist die Chlorierung, also der Einbau von Chlor in Verbindungen, schwierig und oft eine Belastung für Mensch und Umwelt, aber kaum zu ersetzen. Ein Team um die Chemikerin Tanja Gulder von der Universität des Saarlandes hat nun eine Entdeckung gemacht, die der umweltverträglichen Chlorierung von chemischen Verbindungen, wie z.B. Kunststoffen oder Arzneistoffen, den Weg bereiten könnte – dank der Blaualge. Ihre Methode wurde im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: Uni des Saarlandes
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Gletscherschmelze erhöht Schwermetallgehalt und verändert Unterwasserwälder

Kelp, hier Saccharina latissima um Nuuk, Grönland, sind braune Makroalgen, die dichte und ausgedehnte Unterwasserwälder entlang der arktischen Felsküsten bilden. Foto: Sarina Niedzwiedz, Uni Bremen

In arktischen Fjorden erhöht Gletscherschmelze, die durch den Klimawandel verursacht wird, den Schwermetallgehalt und verändert das Mikrobiom von lebensraumbildenden Braunalgen. Das haben Forschende der Universität Bremen herausgefunden und in Scientific Reports veröffentlicht. Da Algen die Grundlage des Nahrungsnetzes bilden, kann dies kaskadenartige ökologische und auch wirtschaftliche Folgen haben.

Quelle: Uni Bremen
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600 Millionen Jahre Stress

Lichtmikroskopische Aufnahme der Sternalge Zygnema circumcarinatum, die ähnliche Stressreaktionen wie das Moos Physcomitrium patens zeigt. Aufnahme: Tatyana Darienko

Wie haben frühe Landpflanzen die Herausforderungen ihrer neuen Umgebung gemeistert? Und wie haben Pflanzen es geschafft, trotz der Stressoren an Land eine immense Artenvielfalt zu entwickeln? Dazu haben Forschende unter Leitung der Universität Göttingen neue Erkenntnisse gewonnen: Sie verglichen Algen und Landpflanzen, die 600 Millionen Jahre unabhängiger Evolution durchlaufen haben, und entdeckten genetisch ähnliche Stressreaktionen. Dazu hatten die Forschenden Hunderte Proben von Moos- und Algenkulturen genutzt, die Umweltstressoren ausgesetzt waren. Mit Hilfe fortschrittlicher bioinformatischer Methoden erhielten sie ein umfassendes Bild davon, wie die Organismen über einen Zeitraum von mehreren Stunden auf die Herausforderungen dynamisch reagierten. Weitere Analysen offenbarten ein gemeinsames Netzwerk der Genregulation, also ähnliche genetische Mechanismen zur Steuerung der Genaktivität. Die Ergebnisse hat das Team um Tim Rieseberg und Prof. Dr. Jan de Vries in einem umfassenden Datensatz festgehalten und in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen
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Hormone entscheiden über Partnerschaft von Pflanzen mit Pilzen

In den Wurzeln des japanischen Hornklees (Lotus japonicus) ließ sich die Ansammlung des Steuerungsproteins SMAX1, hier gelb eingefärbt, nach Zugabe von Ethylen beobachten. Aufnahme: Kartikye Varshney, MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie

Wie Pflanzen Partnerschaften mit Pilzen steuern, hben Forschende entschlüsselt und sich dabei folgende Fragen gestellt: Wie entstehen Symbiosen zwischen Pflanzen und Pilzen? Wie entscheiden Pflanzen, ob sie eine Partnerschaft mit Pilzen eingehen oder nicht? Das Team um Professorin Dr. Caroline Gutjahr, Direktorin am Max-Planck-Institut (MPI) für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam, bringt mit neuen Erkenntnissen Licht in die unterirdische Partnerbeziehung von Pflanzen, genauer was mit einer Symbiose passiert, wenn die Pflanze Stresshormone produziert. "Endlich wissen wir, was passiert, wenn sich Pflanzen für oder durch Ethylenbildung gegen diese Partnerschaft entscheiden,“ sagt Gutjahr.
Entgegen der gängigen Vermutung löst Ethylen keine Abwehr durch das pflanzliche Immunsystem gegen den Pilz aus, sondern kurbelt die Ansammlung eines zentralen Steuerungsproteins an, genannt SMAX1. Die im Fachjournal Nature Communications erschienenen Ergebnisse könnte zu einer neuen Landwirtschaft beitragen, in der Pflanzen und Pilze gemeinsam betrachtet werden.

Quelle: MPI für molekulare Pflanzenphysiologie
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Weltweit sind weniger als 0,5 Prozent aller Oasen geschützt

Khongoryn Els ist eine Oase in der Wüste Gobi im Süden der Mongolei. Foto: Jan Noack

Erstmals haben Forschende eine umfassende globale Analyse von Oasen erstellt, denn ökologisch betrachtet sind Oasen ‚Hotspots‘ der Biodiversität. Sie stellen isolierte Rückzugsorte für zahlreiche Pflanzen- und Tierarten sowie vielfältige Nutzpflanzen dar. Basierend auf 1.657 Forschungsarbeiten wurden 1.344 Oasen in 30 Ländern identifiziert, die allein in Asien und Nordafrika rund 400 Millionen Menschen eine Lebensgrundlage bieten. Trotz ihrer ökologischen und kulturellen Relevanz sind weniger als 0,5 Prozent dieser Areale geschützt, obwohl zahlreiche dort beheimatete Tierarten bedroht sind. Die Forschenden fordern, Oasen im globalen Naturschutz, insbesondere im Rahmen des „30 × 30“-Ziels, zu berücksichtigen. Sie betonen die Notwendigkeit einer nachhaltigen Bewirtschaftung unter Einbeziehung lokaler und indigener Gemeinschaften. Die Studie haben die Forschenden u.a. der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung im Fachjournal PeerJ veröffentlicht.

Quelle: Senckenberg
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Wasserlinsen markieren alte und neue Transposone unterschiedlich

Spirodela polyrhiza, die älteste Wasserlinse, markiert neue und alte Transposonen unterschiedlich. Foto: Adam Cooper, GMI

Transposone, springende Gene, sind eine Gefahr für das Genom. Deshalb verhindern im Pflanzen im Gegenzug, dass springende Gene mobil werden und sich erneut in das Genom einfügen. Spirodela polyrhiza, der älteste Vertreter der Wasserlinsengewächse, nutzt einen bisher wenig untersuchten epigenetischen Mechanismus zur Markierung von „alten“ Transposonen ohne DNA-Methylierung, wie Forschende aus der Gruppe von Arturo Marí-Ordóñez am Gregor-Mendel-Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in einer neuen Studie zeigen, die in Genome Research veröffentlicht wurde.

Quelle: GMI (english)
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Neu entdeckter Signalweg hilft Samenkeimung präzise zu steuern

Prof. Dr. Iris Finkemeier und Dr. Guillaume Née im Labor. Foto und (c): Dr. Annika Brünje

Keimen oder nicht keimen? Bei Pflanzen entscheidet der richtige Zeitpunkt, ihren Lebenszyklus zu beginnen, über ihre Wachstumschancen. Die molekularen Mechanismen, die die Aufhebung der winterlichen Samenruhe steuern, sind bislang wenig erforscht. Ein Team unter der Leitung von Dr. Guillaume Née und Prof. Dr. Iris Finkemeier am Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen der Universität Münster hat nun gezeigt, wie eine zentrale evolutionäre Anpassung es Samen ermöglicht, den Zeitpunkt der Keimung präzise zu regulieren. Dabei gelingt es den Samen zu keimen und gleichzeitig umweltbedingten Stress zu tolerieren, also ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber ungünstigen Bedingungen zu erhalten. Die Studie ist in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Quelle: Uni Münster
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Mehrwert ohne Abfall: Konzept einer neuartigen Bioraffinerie

Überblick über das Konzept der intelligenten, integrierten Bioraffinerie. Greafik: Marzban et al. 2025, Biofuel Research Journal

Was bedeutet eine Wirtschaft ohne fossile Rohstoffe wie Öl und Gas? Die logische Antwort ist, dass wir Wertschöpfung nahezu ausschließlich mit nachwachsenden Ressourcen schaffen müssen. Diese sogenannte Bioökonomie stellt uns lokal bis weltweit vor große Herausforderungen. Forschende des Leibniz-Instituts für Agrartechnik und Bioökonomie aus Potsdam (ATP-Potsdam) veröffentlichten kürzlich ein Review im Biofuel Research Journal, das gängige Modelle der Bioökonomie zu einem umfassenden Konzept vereint. Sie beschreiben darin, wie eine zirkuläre und nachhaltige Bioökonomie innerhalb der planetaren Grenzen aussehen könnte. Ein wesentlicher Teil dieser Vision sind smarte, integrierte Bioraffinerien.

Quelle: ATP-Potsdam
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Wie entstand Leben auf der frühen Erde? Neue Stickstoffquelle entdeckt

Zwischen Sedimentgestein und grünen Cyanobakterien: Michelle Gehringer untersucht fossiles Leben auf der frühen Erde, um mehr über die Entwicklung der Photosynthese zu erfahren. Foto: Thomas Koziel, RPTU

Im Rahmen einer aktuellen Studie haben Forschende ein Rätsel einer längst vergangenen Zeit entschlüsselt. Sie untersuchten, wie sich Leben auf der frühen Erde entwickelt haben könnte. Demnach scheint - anders als bislang angenommen - biologisch verfügbarer Stickstoff kein limitierender Faktor gewesen zu sein. An der im Fachmagazin Nature Communications erschienenen Studie waren auch Forschende der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) beteiligt.

Quelle: RPTU
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Warum zu viel Stickstoff Pflanzen schadet

Auch bei Pflanzen gibt es ein Zuviel des Guten. Bei erhöhten Stickstoffwerten, etwa durch übermäßigen Düngereinsatz, werden sie anfälliger für bestimmte Krankheiten. Eine Gruppe Forschender mit Beteiligung der Technischen Universität München (TUM) hat nun neue Ansätze zur Beantwortung der Frage nach dem Warum gefunden. Sie konnten ein kleines Protein (Peptid) identifizieren, das in der Immunabwehr der Pflanze gegen bestimmte Bakterien wirkt. Bei hoher Stickstoffzufuhr ist dieser Effekt jedoch eingeschränkt, legen sie im Fachmagazin Nature Communications dar.

Quelle: TUM
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Verborgene Verbündete

Endophyten im Pappelblatt. Foto: Sybille Unsicker, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Wie eine endophytischer Pilzes der Gattung Cladosporium die Verteidigung von Schwarzpappeln gegen pflanzenfressende Insekten beeinflusst, stellen Forschende des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie und der Universität Kiel berichten in der Fachzeitschrift Ecology Letters vor: Der im Blattinneren lebende Pilz steigert nicht nur die Produktion von Abwehrstoffen der Bäume, sondern produziert auch selbst ein Alkaloid, das die Bäume vor Fraßschäden schützt. Das Forschungsteam konnte darüber hinaus in Feldstudien zeigen, dass die Anwesenheit des Pilzes die Zusammensetzung der Insektengemeinschaften in jungen Schwarzpappeln beeinflusst. So scheiden auf den Bäumen lebende Blattläuse womöglich den Abwehrstoff des Pilzes in ihrem Honigtau aus und werden infolgedessen weniger von Ameisen besucht.

Quelle: MPI für chemische Ökologie
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Neuer räumlicher Mechanismus zur Koexistenz von Baumarten

Die Abbildung zeigt die räumliche Position, die Art (Farbe) und die Größe einzelner Bäume eines 500 m × 1000 m großen Untersuchungsplots auf Barro Colorado Island (Panama), der in der Studie untersucht wurde.

Warum in artenreichen Wäldern so viele Baumarten koexistieren und wie dies mit bestimmten räumlichen Mustern der Baumarten zusammenhängt, wird in der Ökologie schon länger diskutiert. Die Klärung der Frage ist wichtig, weil sich daraus wertvolle Rückschlüsse zur Stabilität von artenreichen Wäldern gewinnen lassen. Ein internationales Wissenschafts-Team unter Leitung des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) hat unerwartete Muster in der räumlichen Verteilung von Baumarten entdeckt und in Nature veröffentlicht. Um die Koexistenz von Baumarten zu sichern, setzen tropische und gemäßigte Wälder erfolgreich auf entgegengesetzte Strategien, die auf der Clusterung von Bäumen und der Häufigkeit von Baumarten beruhen. Die Ergebnisse publizierte sas Team in Nature.

Quelle: UFZ
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Artenreiche Wälder binden mehr Kohlendioxid

Wälder mit einer Vielfalt an Baumarten können deutlich mehr Kohlenstoff binden als solche, die nur aus einer Art bestehen. Eine internationale Studie unter Leitung der Universität Freiburg, veröffentlicht in Global Change Biology, belegt dies mit Daten aus dem weltweit ältesten Experiment zur tropischen Baumvielfalt, dem Sardinilla-Experiment, das Teil von TreeDivNet ist. Die Forschenden konnten zeigen, dass Wälder, die aus fünf Baumarten bestehen, erheblich größere oberirdische Kohlenstoffspeicher und größere oberirdische Kohlenstoffflüsse – also einen größeren Austausch zwischen den Kohlenstoffspeichern – aufweisen als Monokulturen. Die Studie verdeutlicht die Vorteile artenreicher Mischwälder für Aufforstungen und Klimaschutz.

Quelle: Uni Freiburg
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Wie Pflanzen ihre Wirkstoffe epigenetisch steuern

In der Erdkirsche (Physalis grisea) konnten die Forschenden einen Gencluster identifizieren, der für die Synthese der Withanolide verantwortlich ist.Foto und (c): Jessica Folgmann, LMU

Pflanzen stellen verschiedenste chemische Stoffe her, um sich damit beispielsweise gegen Fressfeinde oder Krankheitserreger zu schützen. Viele Nachtschattengewächse bilden beispielsweise sogenannte Withanolide – eine vielfältige Gruppe von Steroiden mit gesundheitsrelevanten Eigenschaften. Die Biosynthese dieser Stoffe und deren Regulation sind bisher noch kaum erforscht. Das Forschungsteam um Professor Claude Becker, Genetiker an der Fakultät für Biologie der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), hat nun gemeinsam mit anderen einen Gencluster entdeckt, der für die Synthese der Withanolide in der Erdkirsche (Physalis grisea) verantwortlich ist. Die Studie wie die Produktion pharmazeutisch relevanter Stoffe in Nachtschattengewächsen funktioniert und epigenetisch reguliert wird ist kürzlich im Fachmagazin PNAS erschienen.

Quelle: LMU
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Eislagen könnten Grönlands Gletscher schneller schmelzen lassen

Die kleinen Algen bilden dunkle Flecken auf dem Eis (links, © Laura Halbach). Unter dem Mikroskop ist ihre dunkle Färbung gut zu erkennen (rechts, Abbildung aus der Publikation in Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-025-56664-6) Laura Halbach

Winzige Algen verdunkeln die Oberfläche der Gletscher und beschleunigen so deren Abschmelzen – beispielsweise auf dem Grönländischen Eisschild, das eine wichtige Rolle für unser Klima spielt und wegen dessen Erwärmung ohnehin schon immer schneller abschmilzt. Nun zeigt eine im Fachmagazin Nature Communications veröffentlichte Studie des Bremer Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie und der Universität Aarhus, dass die Eisalgen äußerst effizient wachsen, obwohl ihnen auf dem Eis kaum Nährstoffe zur Verfügung stehen. Die neuen Erkenntnisse könnten genutzt werden, die Algen besser in Modelle zur Vorhersage der Eisschmelze einzubinden – und damit auch deren Auswirkungen auf das globale Klima besser darzustellen.

Quelle: MPI für Marine Mikrobiologie
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Unterdrückung des pflanzlichen Immunsystems verschafft Bakterien einen Wettbewerbsvorteil

Arabidopsis thaliana auf Nährmedium. Flagellin aktiviert Immunreaktionen, die Ressourcen auf Abwehr umlenken und das Wachstum reduzieren. Rhodanobacter gleicht dies durch ein Transportsystem und den Abbau von Flagellin aus. Fotos und Grafik: Jana Ordon

Viele Bakterien, die auf gesunden Pflanzenwurzeln leben, können die Immunreaktionen der Pflanzen unterdrücken. Durch die Immunsuppression werden Bakteriengemeinschaften an Wurzeln, die sogenannte Wurzelmikrobiota, gegen den Einfluss durch das pflanzliche Immunsystem geschützt. Das zeigen Forschende des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in einem Artikel im Fachmgagazin Nature Plants.

Quelle: MPIPZ
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Agrarlandschaften: Erfolgreiche Strategien zum kooperativen Artenschutz

Im zweiten Jahr der Umsetzung entwickelte sich ein vielfältiges Blütenangebot, unter anderem aus Lichtnelken, Wiesen-Margerite, Wilder Möhre und Wilder Karde. Foto: Stefan Schüler

Wie lässt sich der Verlust von Arten und Lebensräumen in Agrarlandschaften stoppen? Bisher wurden Maßnahmen dazu meist von einzelnen landwirtschaftlichen Betrieben umgesetzt. Im Gegensatz dazu bieten Agrarumweltmaßnahmen, die betriebsübergreifend auf Landschaftsebene geplant werden, größere Potenziale für unterschiedliche Arten passende Lebensräume als Mosaik in der Landschaft zu schaffen. Erfolgreicher Agrarnaturschutz auf Landschaftsebene erfordert aber auch die Zusammenarbeit der landwirtschaftlichen Betriebe und weiterer Beteiligter aus Gemeindeverwaltung, Politik und Naturschutz. Deshalb zeigen Forschende der Universität Göttingen essenzielle Schlüsselfaktoren, die einen gelungenen Agrarnaturschutz auf Landschaftsebene begünstigen. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift People and Nature erschienen.

Quelle: Uni Göttingen
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Wirkung von Pflanzenschutzmitteln auf Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen tiefgreifender als angenommen

Die globale Studie zeigt, dass Pestizide maßgeblich zur Krise der biologischen Vielfalt beitragen. Foto und (c): Lucy Hulmes

Pflanzenschutzmittel werden vor allem in der Landwirtschaft eingesetzt, um Schädlinge zu kontrollieren. Dabei können sie jedoch auch viele nützliche Tier-, Pflanzen- und Pilzarten schädigen, die gar nicht Ziel der Bekämpfung sind. Wie tiefgreifend und bislang unbekannt die tatsächliche Wirkung unterschiedlicher Pestizide auf eine Vielzahl an Organismengruppen ist, zeigt eine internationale Metastudie unter Beteiligung des Leibniz-Instituts zur Analyse des Biodiversitätswandels (LIB). Für die Meta-Studie haben Forschende aus der ganzen Welt seit über zehn Jahren 1.705 wissenschaftliche Arbeiten auf Basis übergreifender Datenerfassungs- und Analysestandards zusammengetragen. Das Wissen, das aus der quantitativen Synthese abgeleitet werden kann, sei unerlässlich, um national und international einen Rahmen für einen kritischen Umgang mit Pflanzenschutzmitteln zu schaffen, unterstreichen die Autorinnen und Autoren. Die Synthese wurde im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: LIB
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Blaupause für pilzresistentes Getreide

Mit Echtem Mehltau infizierte Gerstenblätter. Bild: Aaron W. Lawson

Forschende haben die Struktur eines Gerstenproteins entschlüsselt, das Immunität gegen den Befall mit dem Mehltau-Pilz vermittelt. Dazu haben die Forschenden des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln die Struktur eines Immunrezeptors namens MLA13 im Komplex mit seinem korrespondierenden Pilz-Effektor AVRA13-1 bestimmt und in der Fachzeitschrift EMBO Journal veröffentlicht. Die Forschenden um Paul Schulze-Lefert vom MPIPZ, Elmar Behrmann von der Universität zu Köln und Jijie Chai von der Westlake University in Hangzhou, China, nutzten dazu die Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM). Die Erkenntnisse aus der Studie könnte Wissenschaftler*innen helfen, Gerste und verwandte Arten wie Weizen widerstandsfähiger gegen diese Krankheit zu machen.

Quelle: MPIPZ
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Präzise Kontrolle einer pflanzlichen Immunreaktion entschlüsselt

Wie Arabidopsis-Pflanzen die Feinsteuerung einer wichtigen Immun-Signalmaschinerie übernehmen, die einen schnellen, aber begrenzten Tod der Wirtszellen nach der Erkennung von Krankheitserregern bewirkt, zeigen Forschende im Fachmagazin Nature. Huang, Wang, Song, Jia und ihre Kollegen aus den Gruppen von Jijie Chai (Westlake University, Hangzhou, China) und Jane Parker vom Max Planck Institut für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ, Köln) untersuchten, wie eine zentrale Immunsignal-Maschinerie, den EDS1-SAG101-NRG1-Knoten, präzise steuern. Diese fein abgestimmte Regulation ermöglicht eine schnelle, aber kontrollierte Wirtszelltod-Reaktion nach der Erkennung von Krankheitserregern. Die Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse über die Regulation des pflanzlichen Immunsystems.

Quelle: MPIPZ
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Wie sich Lebermoos an unterschiedliche Klimabedingungen anpasst

Marchantia polymorpha ist ein leistungsfähiges Modell für genetische Studien. Foto: Johannes Hloch, GMI

Um die Probleme des Klimawandels zu lösen, müssen wir verstehen, wie sich Pflanzen an unterschiedliche Bedingungen anpassen. Eine Studie im Fachmagazin Current Biology verknüpft nun Klimadaten mit genetischer Variation und erklärt, wie sich das Lebermoos Marchantia polymorpha an unterschiedliche Klimabedingungen anpasst. Dazu erstellten die Forschenden eine populationsgenomische Datenbank. Durch die Verknüpfung dieser Datenbank mit einem weltweiten Klimadatensatz konnten die Wissenschaftler*innen das genetische Profil jeder Teilpopulation mit dem lokalen Klima in Beziehung setzen. Die neue Datenbank der Gruppen von Liam Dolan und Frédéric Berger vom Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) zur Populationsgenomik ist die erste ihrer Art für Marchantia polymorpha und bietet Forschenden weltweit eine leistungsstarke Plattform zur Untersuchung der genetischen Variabilität.

Quelle: GMI (in English)
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Neue Algenart trotzt Trockenheit dank flexibler Zellwand

Tundra in der Nähe von Spitzbergen mit der bodendeckenden Algenart. Foto: Ulf Karsten

Die neu entdeckte Algenart Streptofilum arcticum hat eine potenziell besonders flexible Zellwand: Bei Wassermangel schrumpft die Algenzelle und ihre Zellwand; steht der Zelle wieder mehr Wasser zur Verfügung, dehnt sich die Zellwand aus, ohne dass die Zelle dabei Schaden nimmt. Diese Funktion erklärt den evolutionären Übergang vom Wasser ans Land und verschafft den Algen Vorteile bei der Klimaanpassung. Nachgewiesen haben die Forschenden die neue Algenart bisher in der arktischen Tundra auf Spitzbergen sowie in Dünen an der Ostseeküste. Ein internationales Forschungsteam unter Führung der TU Bergakademie Freiberg sowie der Universitäten Rostock und Innsbruck, und dem Nationalen Akademie Institut in Kiew beschreibt die Art und ihre Zellfunktionen erstmals im Fachjournal Environmental Microbiology. „Diese Algen haben potenziell eine besonders flexible Zellwand, welche sich in ihrer Feinstruktur deutlich von den Zellwänden anderer Grünalgen unterscheidet", sagt Juniorprofessorin Karin Glaser vom Institut für Biowissenschaften der TU Bergakademie Freiberg. Die Zellfunktionen sorgen dafür, dass sich Streptofilum an extreme Umweltbedingungen anpassen kann: Die Alge überlebt in trockenen, kalten Böden der Arktis und kann nach Trockenperioden schnell wieder aktiv werden. Auch gegenüber Licht und Temperatur ist sie außergewöhnlich flexibel. Sie wächst sowohl bei schwachem Licht als auch unter starker UV-Strahlung und zeigt eine Temperaturtoleranz zwischen fünf bis 40 Grad Celsius. Dadurch ist die Alge in der Lage, Klimaveränderungen zu tolerieren und vermutlich auch den kommenden Herausforderungen zu trotzen. Diese Erkenntnisse helfen nicht nur, die Evolution der Landpflanzen besser zu verstehen. Sie können auch neue biotechnologische Anwendungen inspirieren, beispielsweise um algenbasierte UV-beständige Substanzen für Bio-Sonnenschutzmittel zu entwickeln, die Korallen und Meere nicht belasten wie die bisher verwendeten chemischen Verbindungen.

Quelle: TU Freiberg
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Mehr Vielfalt im Kalkmagerrasen

Auch auf diesem Kalkmagerrasen in Karlstadt in Unterfranken hat das Forschungsteam die Artenvielfalt bestimmt. Foto: Carolin Biegerl, JMU

Welche Maßnahmen sind dazu geeignet, Insekten in typisch fränkischen Landschaften bessere Lebensbedingungen zu bieten? Diese Frage hat ein Forschungsteam der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) am Beispiel von 40 Kalkmagerrasen-Flächen in Nordbayern untersucht. Die im Fachjournal Proceedings of the Royal Society B veröffentlichte Studie zeigt, dass vor allem kleinere Ackerflächen und ökologisch bewirtschaftete Kulturen in der umgebenden Landschaft dazu geeignet sind, die Vielfalt und die Anzahl verschiedener wildlebender Insekten auf Naturschutzflächen positiv zu beeinflussen – einschließlich zahlreicher gefährdeter Arten.

Quelle: JMU
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Kichererbsenanbau in Deutschland in Gefahr

Eine gesunde Kichererbsenpflanze (a116, links) im Vergleich zu einer Virus-infizierten Pflanze (a115, rechts). Foto: Menzel, DSMZ

In Deutschland angebaute Kichererbsen hat ein Forschungsteam auf Infektionen mit Pflanzenviren untersucht. Erstmalig konnten die Forschenden dabei nachweisen, dass das Superfood mit verschiedenen Pflanzenviren infiziert ist. Die Ergebnisse hat das Team um Pflanzenvirenforscher Dr. Björn Krenz vom Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH in Braunschweig gemeinsam mit Experinnen und Experten des Julius Kühn-Instituts (JKI) und des Leibniz-Instituts für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) im Januar in der Fachzeitschrift Journal of Plant Diseases and Protection vorgestellt. Die Erkenntnisse der Studie sind ein wichtiger Schritt, um zukünftig widerstandsfähigere Kichererbsensorten zu entwickeln und integrierte Pflanzenschutzstrategien zu erarbeiten, ordnet das DSMZ heute ein.

Quelle: DSMZ
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Wie Pflanzenzellen ihre Vakuolen schützen

Confocal micrograph of root cells in Arabidopsis thaliana highlighting the re-localization of GFP-ATG8 to the tonoplast upon cell wall damage. Image and (c): José Julian, GMI

Pflanzenzellen benötigen für ihre Stabilisierung einen inneren Druck – diesen verleihen ihnen die sogenannten Vakuolen, wassergefüllte, von einer Membran umschlossene Organellen. Wird die pflanzliche Zellwand beschädigt, droht die Vakuole zu reißen, wodurch die Zelle in weiterer Folge absterben würde. Die Gruppe von Yasin Dagdas am Gregor-Mendel-Institut (GMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften beschreibt nun einen bisher unbekannten Kontrollmechanismus, der die Integrität der Vakuole bei Schäden der Zellwand schützt. Die Forschungsergebnisse wurden am 7. Februar im Fachjournal Nature Plants veröffentlicht.

Quelle: GMI (in English)
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Quantenmechanik hilft bei der Photosynthese

Der Photosynthese – wie sie vor allem Pflanzen betreiben – liegt eine besonders effiziente Energieumwandlung zugrunde. Eine Studie an der Professur für Dynamische Spektroskopien der Technischen Universität München (TUM) zeigt, dass quantenmechanische Effekte dabei maßgeblich sind. Das fand ein Team um Erika Keil und Prof. Jürgen Hauer durch Messungen und Simulationen heraus und publiszierte die heute der Öffentlichtkeit vorgestellten Ergebnisse im November im Fachmagazin Chemical Science. Die neue Studie zeigt, dass Quantenmechanik nicht nur etwas für Physiker ist, sondern auch eine Schlüsselrolle in der Biologie spielt. Die Anwendung dieser Erkenntnisse im Design künstlicher Photosyntheseeinheiten könnte dazu beitragen, die Sonnenenergie mit bislang unerreichter Effizienz für die Stromerzeugung oder für die Photochemie zu nutzen. ​

Quelle: TUM
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Erste Hinweise auf Kohlenstoffgewinn über Pilze bei Gehölzjungpflanzen in den Tropen

Jungpflanzen einiger tropischer Gehölze gewinnen Teile ihres Kohlenstoffs durch Pilze. Hierdurch könnten die Pflanzen im schattigen Unterwuchs die niedrige Kohlenstoffaufnahme durch Photosynthese kompensieren und so einen Wachstumsvorteil gegenüber anderen Pflanzen erhalten. Dazu haben die Forschenden mithilfe des technischen Analyseverfahrens der Massenspektrometrie insgesamt 41 Pflanzenarten im Unterwuchs tropischer Tiefwälder in Panama hinsichtlich ihrer Häufigkeitssignaturen untersucht. Die Ergebnisse des Forschungsteams weisen zum ersten Mal darauf hin, dass Jungpflanzen tropischer Gehölze zusätzlichen Kohlenstoff von Mykorrhizapilzen erhalten können. Über ihre Erkenntnisse zum Mykorrhiza-Netzwerk berichten die Forschenden vom Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER) der Universität Bayreuth im Fachjournal Functional Ecology.

Quelle: Uni Bayreuth
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Kakaoanbau fördern, ohne Wälder zu verlieren

Kakaobäume liefern mit der Zeit immer weniger Ertrag, sodass Produzierende gezwungen sind, ihre Plantagen zu erneuern. Dafür legen sie traditionell neue Kulturen an – und zwar in Waldbereichen, die dafür gerodet werden. Ein alternativer Ansatz besteht darin, hochproduktive, einheimische Sorten auf die vorhandenen älteren Kakaobäume zu pfropfen und so zu veredeln. Ein internationales Team unter Leitung der Universität Göttingen hat herausgefunden, dass diese Veredelung eine sinnvolle Maßnahme ist, um den Ertrag und den Gewinn bei minimalen Auswirkungen auf die biologische Vielfalt zu erhöhen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Journal of Applied Ecology veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen
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Erderwärmung und Massensterben: Was wir von Pflanzen der letzten Eiszeit lernen können

Schwimmende Bohrplattform zur Entnahme von Sedimentkernen aus Seen in Alaska. Foto: Weihan Jia, AWI

Die Erderwärmung führt derzeit zu einem rasanten Aussterben von Pflanzenarten. Schätzungen zufolge sind seit 1750 um die 600 Pflanzenarten ausgestorben - doppelt so viele wie Tierarten. Doch welche sind besonders stark betroffen? Und wie wirkt sich eine Veränderung der Biodiversität eigentlich auf die Interaktionen zwischen Pflanzen aus? Forschende des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) haben sich diese Fragen gestellt und in zwei aktuellen Studien Antworten in der Vergangenheit gefunden. Dabei haben sie mit einer neuen Methode alte DNA in Sedimentkernen aus Seen aus Alaska und Sibirien analysiert und konnten so die Veränderungen der Vegetation in diesen Regionen nachvollziehen. Die Kerne enthielten alte, fragmentierte DNA aus abgelagerter Pflanzenbiomasse der vergangenen 30.000 Jahre. Die Forschenden konnten so erstmals Aussterberaten von Pflanzen liefern, die nun als Referenzdaten genutzt werden können, um die aktuellen Veränderungen in den arktischen Ökosystemen besser einzuordnen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-025-56176-3 und 10.1038/s41467-024-55542-x).

Quelle: AWI
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Mangrovenwälder am Amazonas liefern Nährstoffe für den Ozean

Forschende vom GEOMAR, der Universität Bremen und der Universität Oldenburg kämpfen sich durch Schlamm, Krabbenhöhlen und Mangrovenwurzeln, beladen mit Ausrüstung für die Probenahme von Grundwasser, Porenwasser und Sedimenten, um die geochemischen Prozesse in diesem einzigartigen Ökosystem zu erforschen. Foto: Nico Fröhberg

Die Mangrovenwälder entlang der Küsten Amazoniens setzen erhebliche Mengen an Spurenelementen wie Neodym und Hafnium frei. Diese Elemente und deren isotopische Zusammensetzung können dazu dienen, den Eintrag von Mikronährstoffen zu entschlüsseln, die essentiell für das Leben im Meer sind. Forschende des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel haben untersucht, wie diese Prozesse ablaufen und wie groß ihre Bedeutung für den Ozean ist. Ihre Studie wurde am 8. Januar in der Fachzeitschrift Nature Communications Earth & Environment veröffentlicht.

Quelle: GEOMAR
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Epigenetischer Zustand des Chromosoms bleibt nach Inversion durch CRISPR/Cas stabil

Der epigenetische Zustand des Chromatins sowie die Genaktivität und die Position der Gene auf dem Chromosom stehen in einer Wechselbeziehung zueinander. Ein Forschungssteam des IPK Leibniz-Instituts (IPK) und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) hat untersucht, ob die Chromosomenposition auch die epigenetische Stabilität und die Genexpression beeinflusst. Das Team nutzte die CRISPR/Cas-Technologie, um die Chromosomen gezielt zu verändern. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift New Phytologist veröffentlicht.

Quelle: IPK
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Wie der Mensch die Vergangenheit und Zukunft von Paranusswäldern geprägt hat

Forschende der Max-Planck-Institute für Geoanthropologie und Biologie Tübingen nutzen Genomdaten, um den Rückgang der genetischen Vielfalt, insbesondere bei den Paranussbäumen (Bertholletia excelsa), im Amazonasbecken zu untersuchen. Sie möchten verstehen, wie die genetische Gesundheit und Anpassungsfähigkeit dieser Schlüsselart zusammenhängen, ihre demografische Geschichte rekonstruieren und die langfristigen Auswirkungen menschlicher Interaktionen auf Waldökosysteme bewerten können. Die im Fachmagazin Current Biology veröffentlichten Ergebnisse heben die Notwendigkeit von Konservierungsstrategien hervor, die sowohl ökologische als auch anthropogene Faktoren berücksichtigen.

Quelle: MPI für Biologie Tübingen
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Neue Erkenntnisse über die Immunantwort von Pflanzen

Modell der systemischen Immunreaktion: Links: Krankheitserreger lösen die initiale Immunreaktion aus. Dabei wird die Kinase „BIK1“ aktiviert. In der Folge produziert diese Zelle extrazelluläre Sauerstoffradikale, die zur Oberfläche benachbarter Zellen diffundieren. Mitte: Diese Sauerstoffradikale lösen in der Nachbarzelle nicht nur neue Kalziumsignale aus, sondern setzen das auch das kalziumabhängige Kinase-Tandem („CIPK26“/“CPK5“) in Gang, das wiederum über die NADPH-Oxidase (blau) Sauerstoffradikale freisetzt. Rechts: Das Signal breitet sich weiter aus, ohne dass die Zellen mit dem Krankheitserreger in Kontakt kommen. Grafik und (c): Philipp Köster, AG Kudla

Ein Team um den Biologen Prof. Dr. Jörg Kudla von der Universität Münster hat wichtige Komponenten und Mechanismen der molekularen Maschinerie identifiziert, die die Information über einen erfolgten Schädlingsbefall innerhalb des pflanzlichen Organismus weiterleitet. Eine zentrale Schaltstelle ist ein kalziumaktiviertes "Kinase-Tandem“.  Die nun in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlichte Studie gibt auch Hinweise darauf, wie es Pflanzen gelingt, Immunsignale von Zelle zu Zelle zu verbreiten, ohne dabei andere Signalketten in den betroffenen Zellen zu stören.

Quelle: Uni Münster
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Gewässerreinigung mit Algen

Kieselalgen im Rasterelektronenmikroskop. Aufgenommen von Forschenden der AG Phykologie der Central Collection of Algal Cultures (CCAC)

Eine neue Methode, um verschmutzte Gewässer zu reinigen, haben Forschende im Fachmagazin Advanced Sustainable Systems vorgestellt. Wie die Studie von der Universität Duisburg-Essen zeigt, können fossile Überreste von Kieselalgen (Diatomeen) Schadstoffe effizient aus dem Wasser entfernen, nachdem sie chemisch modifiziert wurden. Eine solche Technik ist dringend notwendig, da Europas Gewässer in schlechtem Zustand sind: Über die Hälfte von ihnen ist chemisch stark belastet. Kein Wunder – täglich werden in Europa in Industrie und Landwirtschaft bis zu 70.000 verschiedene Chemikalien eingesetzt.

Quelle: Uni Duisburg-Essen
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Pestizidmischungen das ganze Jahr über in Böden und Pflanzen präsent

Das Forschungsteam nimmt Proben im Gemüseanbau. Foto: Carsten A. Brühl

Chemisch-synthetische Pestizide werden in der konventionellen Landwirtschaft in verschiedenen Kulturen wie im Ackerbau, Gemüseanbau oder Weinbau eingesetzt. Eine im Fachmagazin Scientific Reports veröffentlichte Studie der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) hat die Pestizidbelastung erstmals im Jahresverlauf untersucht. Demnach sind die Stoffe nicht nur während der Spritzphasen in den Feldern nachweisbar, sondern ganzjährig und auch auf angrenzenden Wiesen. Die Auswirkungen dieser chronisch nachgewiesenen komplexen Pestizidmischungen auf die Umwelt sind bislang nicht ausreichend untersucht und könnten erheblich sein.

Quelle: RPTU
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Hornmoose liefern Hinweise auf Evolution der Pflanzen

Petrischale mit Hornmooskultur. Foto: Janine Fürst-Jansen

Für die neuen Einblicke in die frühe Entwicklung der Pflanzen entschlüsselten die Forschenden das Erbgut von Hornmoosen und stellten einen einzigartigen Datensatz auf, der zudem Aufschluss über die Merkmale und die weitere Entwicklung der Pflanzen gibt. Hornmoose haben sich vor etwa 470 Millionen Jahren von den anderen Pflanzengruppen getrennt und sind vergleichsweise artenarm. Die Forschenden entschlüsselten zunächst das Erbgut von Vertretern der zehn bekannten Hornmoosfamilien. „Was wir dabei entdeckt haben, war überraschend: Hornmoose haben bemerkenswert stabile Chromosomen bewahrt, obwohl sie sich mehrere hundert Millionen Jahre lang getrennt voneinander entwickelt haben“, erklärt Erstautor Dr. Peter Schafran, Postdoktorand am BTI. „Außerdem identifizierten wir bei einigen Arten potenzielle Geschlechtschromosomen, die etwas über die Evolution der pflanzlichen Fortpflanzungsstrategien aussagen. Zudem gibt unsere Forschung Antworten darauf, wie bestimmte Gene in Pflanzen die Hormone, Farbstoffe und den Gasaustausch über Poren steuern.“ „Dieser umfassende Datensatz über das Erbgut von Hornmoosen stellt eine Ressource dar, die uns hilft zu verstehen, wie sich die ursprünglichsten Pflanzen entwickelt und an ihre neue, herausfordernde Umgebung angepasst haben“, ergänzt Prof. Dr. Jan de Vries von der Abteilung für Angewandte Bioinformatik der Universität Göttingen. Die Ergebnisse des internationalen Teams unter Leitung des Boyce Thompson Institute (BTI) der Cornell University in New York und mit Beteiligung der Universität Göttingen sind in der Fachzeitschrift Nature Plants veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen
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Wie Dürre Grasland verändert

Jahrelange Experimente: Auf den Testflächen wurden Experimente unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt. Foto: Andreas Schaumberger, Uni Innsbruck

Wie gestaltet sich die Zukunft unserer Böden – und damit auch die Wasserverfügbarkeit – unter den Einflüssen der bevorstehenden klimatischen Veränderungen? Eine internationale Studie zeigt, wie Dürre, Erwärmung und erhöhte CO₂-Konzentration in der Atmosphäre das hydrologische Gleichgewicht im Boden verändern, die Zukunft von Graslandökosystemen beeinflussen und die Resilienz von Ökosystemen herausfordern. Die Ergebnisse, die unter der Leitung von Jesse Radolinski und Michael Bahn vom Institut für Ökologie der Universität Innsbruck gewonnen wurden, hat das Team im Fachmagazin Science veröffentlicht.

Quelle: Uni Innsbruck
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Mega-Dürren werden weltweit häufiger und intensiver

Abgestorbenen Weinreben in der Region um Los Andes im westlichen Einzugsgebiet des Aconcagua, einer Region die besonders stark von der anhaltenden Dürre in Chile betroffen ist. Foto: Dirk Karger

Langjährige Dürren haben in den letzten 40 Jahren bedenklich zugenommen. Deren Ausdehnung hat in diesem Zeitraum um 50'000 km2 pro Jahr zugenommen, das ist deutlich mehr als die Fläche der Schweiz. Sie beeinträchtigen Landwirtschaft, Energiegewinnung und Ökosysteme, warnt das Forschungsteam der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) im Fachjournal Science.

Quelle: WSL
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Nicht nur Getreide: Speiseplan vor 5000 Jahren in Oldenburg

Rekonstruktion des Lebens der ersten Bauern im Dorf Oldenburg LA 77. (c) Susanne Beyer, Uni Kiel

Wie frühe Bäuer*innen Ackerbau und Viehzucht betrieben ist seit Jahrzehnten Gegenstand der Forschung. Dennoch ist beinahe unbekannt, welche pflanzlichen Nahrungsmittel sie neben der Basisnahrung Getreide bevorzugt haben. Nun gewährt eine Studie des Kieler Sonderforschungsbereichs (SFB) 1266 der Christian-Albrechts-Universität (CAU) weitere Einblicke in den Speiseplan. Dazu analysrten die Forschenden Mikrofossilien von Mahlsteinen der Fundstelle Oldenburg LA 77, einer mittelneolithischen Siedlung (3270-2920 v. u. Z.). Wie sie im Journal of Archaeological Science: Reports berichten, fanden sie neben Weizen und Gerste auch Früchte von Wildgräsern und Knöterich, Eicheln und stärkehaltige Knollen; einige wenige Samen stammen möglicherweise von wilden Hülsenfrüchten. An dieser Vielfalt an pflanzlichen Nahrungsressourcen aus dem 5000 Jahre alten Dorfes Oldenburg LA 77 sind besonders solche von Wildpflanzen hervorzuheben. „Es ist spannend zu sehen, dass die ersten Bäuer*innen ein ähnliches Interesse am Verzehr von Wildpflanzen hatten, sich aber in der Art der Zubereitung ihres Getreides unterschieden“, betont Prof. Wiebke Kirleis.

Quelle: CAU
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Baumkulturen als Schlüssel für Nachhaltigkeitsziele

Streuobstwiese in Deutschland. Solche Baumkulturen haben oft eine hohe Artenvielfalt, die mit nachhaltiger Bewirtschaftung gefördert werden kann. Foto: Guy Peer

Baumkulturen – zum Beispiel Äpfel, Kirschen, Kaffee und Kakao – bedecken weltweit mehr als 183 Millionen Hektar, werden aber in der Agrarpolitik weitgehend übersehen. Dabei spielen sie eine entscheidende Rolle für die UN-Nachhaltigkeitsziele (Sustainable Development Goals, SDGs). Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Göttingen betont, dass diese Kulturen nicht nur für die Weltwirtschaft unverzichtbar sind, sondern auch immenses Potenzial für den Schutz der Biodiversität und des Klimas bergen und Lebensgrundlagen von Millionen von Menschen verbessern. Seinen Perspectives-Artikel hat das Team in der Fachzeitschrift Nature Sustainability veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen
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Viele Regenwürmer unter Blühstreifen

Die unterirdische Artenvielfalt profitiert deutlich von mehrjährigen Blühstreifen. Das weisen Forschende des Julius Kühn-Instituts (JKI) im Vergleich mit angrenzenden Winterkulturen nach: In mehrjährigen Blühstreifen leben demnach dreimal so viele Regenwürmer. Dazu wurden 46 Flächen untersucht in den Bundesländern Baden-Württemberg, Brandenburg, Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz, Sachsen-Anhalt und Schleswig-Holstein. Die Ergebnisse der Feldstudie sind nun im npj Sustainable Agriculture Magazin erschienen.

Quelle: JKI
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Grube Messel: Artenreich, aber kein tropischer Regenwald

Es wird noch einige Generationen dauern, bis der Artenreichtum an Pflanzen und Tieren in Messel annähernd vollständig erfasst sein wird. Foto: Senckenberg

In der Grube Messel sind bislang insgesamt 1409 verschiedene Taxa aus den 47 Millionen Jahre alten Ölschiefern geborgen worden. Der Artenreichtum während des Eozäns in Messel war höher war als im heutigen Mitteleuropa, aber niedriger als in modernen tropischen Biotopen, zeigen Senckenberg-Forschende in einer Ende Dezember schienenen Studie im Fachmagazin Palaeobiodiversity and Palaeoenvironments. Bis alle Arten vollständig dokumentiert sind und die gesamte Biodiversität in der Fossillagerstätte erfasst ist, wird es noch mehrere Generationen dauern. Besonders die Vielfalt von Pflanzen und Insekten sei noch unzureichend untersucht.

Quelle: Senckenberg
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Klimawirkungen von Waldbränden halten Jahrzehnte an in Nadelwäldern Nordamerikas

Spreading Creek Wildfire im Sommer 2014 im Banff Nationalpark in der Nähe des Icefields Parkway (Rocky Mountains, Provinz Alberta, Kanada). Die Wirkungen solcher Waldbrände auf das Klima sind jahrzehntelang nachweisbar. Foto: miriam, Adobe Stock

In den letzten Jahrzehnten brennt es in den Nadelwäldern Nordamerikas wesentlich häufiger. Ein internationales Team hat die klimatischen Auswirkungen dieser Brände bis zurück ins Jahr 1928 mit Boden- und Satelliten-gestützten Daten analysiert. Die Forschenden um Dr. Manuel Helbig vom GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung konnten zeigen, dass die durch Brand veränderte Höhen- und Baumkronenstruktur den Wärmeaustausch zwischen Wäldern und Atmosphäre beeinflusst. Das führt in den Sommern noch bis zu 5 Jahrzehnte lang zu höheren Oberflächentemperaturen. Die Studie ist in der Fachzeitschrift AGU Advances erschienen.

Quelle: GFZ
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Zunehmende Bedrohung tropischer Wälder durch Nährstoffeinträge

Daisy Cárate Tandalla dokumentiert die verpflanzten Setzlinge auf einer Versuchsfläche im Tropenwald. Foto: HAWK

Die Nährstoffanreicherung durch menschliche Aktivitäten wie Landwirtschaft und die Verbrennung fossiler Brennstoffe stellen eine erhebliche Gefahr für die empfindliche Dynamik der Tropenwälder dar. Insbesondere da Nährstoffe die Produktivität, Struktur und Funktion der tropischen Vegetation erheblich verändern können. Das berichtet das internationale Team von Forschenden der Universität Kaiserlautern-Landau (RPTU), der Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst, Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen (HAWK) und des HUN-REN-Zentrums für ökologische Forschung in Ungarn im Fachmagazin Current Forestry Reports.

Quelle: HAWK
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Komplexer Antrieb der Planktonblüte am Äquator

Das Phytoplankton der Ozeane versorgt den Planeten mit Sauerstoff und Nahrung und ist ein wichtiger CO2-Speicher, da die mikroskopischen Algen bei der Photosynthese aus Nährstoffen, CO2 und Sonnenlicht organische Biomasse produzieren. Forschende am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel haben nun herausgefunden, wie ein komplexes Zusammenspiel von Wind- und Strömungsbedingungen im äquatorialen Atlantik die Nährstoffzufuhr in die oberen Wasserschichten und damit das Wachstum von Phytoplankton beeinflussen. „Drei verschiedene Antriebsmechanismen wirken auf die Nährstoffversorgung am Äquator: der Auftrieb im Osten durch zonalen Wind, die Auf- und Abwärtsbewegung des Äquatorialen Unterstroms sowie die windgetriebene Durchmischung, die vom Tagesgang der solaren Einstrahlung beeinflusst wird", sagt Prof. Dr. Peter Brandt, Professor für Experimentelle Ozeanographie am GEOMAR und Erstautor der Studie. "Diese Prozesse, angeregt durch unterschiedliche Aspekte des Windfeldes fördern oder schwächen die Nährstoffzufuhr zur Oberfläche und entscheiden so über Entstehen und Stärke der jährlichen Planktonblüte am Äquator.“ Die Ergebnisse ihrer Studie werden heute in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.

Quelle: GEOMAR
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Schlüssel und Schloss: wie Proteine an das Zentromer „andocken“

Das Zentromer von Chromosomen spielt bei der Zellteilung eine entscheidende Rolle. Ein internationales Forschungsteam hat unter anderem an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana untersucht, wie genau zwei entscheidende Proteine - KNL2 und CENP-C - an das Zentromer andocken und welche Komponenten dabei die zentrale Rolle spielen. Die Ergebnisse des Teams unter Führung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) wurden jetzt im Fachmagazin Nucleic Acids Research veröffentlicht. „Die Ergebnisse vertiefen unser Verständnis der Zentromer-Architektur und eröffnen neue Möglichkeiten in der synthetischen Biologie und im Chromosomen-Engineering“, betont Dr. Inna Lermontova, Leiterin der Arbeitsgruppe „Kinetochor-Biologie“. Damit liefert die Studie neue Einblicke in die Mechanismen der Zentromerbildung und die Funktion des Kinetochor-Komplexes.

Quelle: IPK (pdf)
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Sensoren für „Ladezustand“ biologischer Zellen entwickelt

Prof. Dr. Bruce Morgan, Doktorandin Anika Diederich, Doktorand Jan-Ole Niemeier und Prof. Dr. Markus Schwarzländer (von links) im Labor mit dem aus Bakterienzellen isolierten rekombinanten Sensor-Protein (pink). Foto: Markus Schwarzländer

Ein Team hat Biosensoren entwickelt, mit denen sich das Verhältnis von NADPH zu NADP+ erstmals in lebenden Zellen in Echtzeit messen lässt. Für die neuen Sensoren haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit gentechnischen Methoden ein bereits zuvor entwickeltes fluoreszierendes Molekül, das Teile eines Leuchtquallen-Proteins beinhaltet, so umgebaut, dass es spezifisch NADPH und NADP⁺ erkennt. Dabei stellten sie unter anderem fest, dass der „NADP-Ladezustand“ sehr robust ist und bei Bedarf besonders effizient vom Stoffwechsel nachgeladen wird. Zudem beobachteten sie „NADP-Ladezyklen“, also Oszillationen des Zell-Akkus, zwischen den Zellteilungen und den Einfluss der Photosynthese und der Verfügbarkeit von Sauerstoff auf den NADP-Akku. Ein weiterer wichtiger Befund war zudem, dass die Entgiftung reaktiver Sauerstoffspezies – wie Wasserstoffperoxid – in erster Linie über das in den Zellen vorhandene Glutathion (ein Tripeptid, das in der Zelle in vergleichsweise hohen Konzentrationen vorhanden ist) erfolgt, egal ob in Hefe-, Pflanzen- oder Säugerzellen. Darüber berichtet das Team um den Pflanzenbiotechnologen Prof. Dr. Markus Schwarzländer von der Universität Münster und den Biochemiker Prof. Dr. Bruce Morgan von der Universität des Saarlandes in der Fachzeitschrift Nature Communications.

Quelle: Uni Münster

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Bestäuber, Pollen und Sorten bestimmen die Fruchtqualität

Erdhummel an Erdbeerblüten. Foto: Susanne Schiele

Bestäuber beeinflussen die Qualität von Nutzpflanzen durch ihre Bewegungsmuster auf den Plantagen und durch die Pflanzensorte, die sie besuchen. Inwieweit die Identität von Bestäubern, Pollen und Kulturpflanzensorten die Fruchtqualität beeinflussen, ist wenig erforscht. Forschende der Universität Göttingen argumentieren deshalb in einem Artikel in der Fachzeitschrift Trends in Plant Science, dass die pauschale Förderung von Bestäubern bisher zu sehr im Vordergrund stand – auf Kosten der Pflanzenqualität, die sich durch Berücksichtigung des artspezifischen Verhaltens der Bestäuber und der Verbreitungsmuster von Kulturpflanzensorten auf dem Feld steigern ließe.

Quelle: Uni Göttingen

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Biodiversitätsverlust durch Agrarhandel aus tropischen Regionen dreimal höher als gedacht

Prof. Dr. Livia Cabernard. Foto: Astrid Eckert, TUM

Der Export von Agrarprodukten aus tropischen Regionen nach China, in die USA, den mittleren Osten und nach Europa ist dreimal schädlicher für die Biodiversität als bisher angenommen. Das konnten Forschende der Technischen Universität München (TUM) um Prof. Dr. Livia Cabernard und der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) nun zeigen, indem sie nachverfolgten, wie sich Agrarexporte von 1995 bis 2022 auf Landnutzungsänderungen in den Produktionsländern auswirkten. Besonders vom Artenverlust betroffen sind Brasilien, Indonesien, Mexiko und Madagaskar, wie das Team im Fachjournal Nature Sustainability zeigt.

Quelle: TUM

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Wie Schwefel den Kohlenstoffkreislauf subtropischer Seegraswiesen beeinflusst

Proben aus den untersuchten Seegraswiesen zur Analyse von Sedimenten, Porenwasser und Umgebungswasser. Foto: Mary Zeller

Seegraswiesen haben eine wichtige Klimaschutzfunktion, da sie Kohlenstoff dauerhaft binden. Ein internationales Forschungsteam unter Federführung des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) konnte nun zeigen, dass Seegraswiesen die chemischen Kreisläufe von Kohlenstoff und Schwefel in subtropischen Küstengebieten stärker beeinflussen, als bisher angenommen. Besonders bemerkenswert ist die zentrale Rolle von Schwefel, der organischen Kohlenstoff stabilisiert, unabhängig davon, ob er in den kalkhaltigen Sedimenten subtropischer Seegraswiesen gespeichert wird oder nicht. Die Ergebnisse der Studie wurden jüngst im Fachjournal Communications Earth & Environment publiziert.

Quelle: IOW

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Schutz an falscher Stelle: Verlust der Insektenvielfalt

Ein Netzwerk aus 75 Malaise-Fallen erfasst Insekten aus ganz Deutschland – so wie diese Tagfalter aus der Familie der Bläulinge. Foto: Senckenberg

Im Fachjournal Conservation Biology zeigen Senckenberg-Forschende, dass die Insektenvielfalt in Deutschland stärker auf Änderungen in der Landnutzung als auf Wetter- oder Klimaeinflüsse reagiert. Gleichzeitig belegen sie, dass Gebiete mit niedrig wachsender Vegetation bis zu 58 Prozent mehr Artenvielfalt aufweisen können als beispielsweise Wälder – viele dieser besonders artenreichen Gebiete sind aber derzeit nur unzureichend durch Schutzgebiete berücksichtigt, was zu einer weiteren Abnahme der Insektenvielfalt führen kann.

Quelle: Senckenberg

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Tropenwälder: menschliche Eingriffe verändern Baumartenvielfalt

Die Folgen der Abholzung und Degradierung von Tropenwäldern haben Forschende untersucht. Wie sie zeigen, gibt es "Gewinner"- und "Verlierer"-Arten, wobei die Verdrängung der "Verlierer" zu einem Rückgang der ökologischen Funktionen in tropischen Wäldern führen kann. Die Ergebnisse über die 1200 tropischen Baumarten hat das internationale Team mit Beteiligung von Dr. Bruno X. Pinho vom Institut für Pflanzenwissenschaften der Universität Bern in der Fachzeitschrift Nature Ecology and Evolution veröffentlicht.

Quelle: Uni Bern

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Digitaler Zwilling zeigt den Wald in 100 Jahren

Im Zuge des Klimawandels ist es wichtig, langfristige Entwicklungen mitzudenken und die Waldbewirtschaftung strategisch zu planen. Das Tool iLand ermöglicht es, Entwicklungen für große Waldflächen zu simulieren. Hier im Bild: Prof. Dr. Rupert Seidl im Rahmen einer Lehrveranstaltung zum Thema Waldbautechnologie und Verjüngungsnutzung in der Praxis. Foto: Astrid Eckert, TU München

Der Wald der Zukunft wird mit anderen Bedingungen zurechtkommen müssen als der von heute. Deshalb ist es laut Forschenden der Technischen Universität München (TUM) wichtig, die Bewirtschaftung der Wälder strategisch zu planen. Mit iLand (https://iland-model.org) hat das Forschungsteam ein Simulations-Modell entwickelt, das langfristige Entwicklungen großer Waldflächen bis auf den Einzelbaum genau berechnen kann – einschließlich Störfaktoren von Borkenkäfer bis Waldbrand. Vorgestellt haben es die Forschenden im Fachmagazin Ecological Modelling.

Quelle: TUM

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Anpassungsmechanismen mikroskopisch kleiner Algen

Dr. Trang Vuong (l.) und Dr. Prateek Shetty von der Uni Jena zeigen das Wachstum der Grünalge in der räumlich strukturierten 3D-Umgebung im Vergleich zu konventionellen Anzuchtbedingungen im Labor. Foto: Maria Mittag

Eine interdisziplinäre Studie, die maßgeblich durch Forschende des Exzellenzclusters Balance of the Microverse der Friedrich-Schiller-Universität Jena und der Leibniz-Institute in Jena durchgeführt wurde, belegt neue Erkenntnisse zum Verständnis der Anpassungsfähigkeit der Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii. Die winzige Grünalge kann unter natürlichen Bedingungen ihre Gestalt und ihren Stoffwechsel anpassen ohne Veränderung des Genoms. In der Fachzeitschrift New Phytologist schildern die Forschenden, wie die Alge in einer acetat-reichen, räumlich strukturierten Umgebung, die natürlichen Reisfeldböden nachempfunden ist, eine Art "Metamorphose" durchläuft. Unter den simulierten Bedingungen wird die Zellgröße weiter verkleinert, die Geißeln werden kürzer, das Augenfleckvolumen nimmt zu, und die Zellwand wird verstärkt. Es kam für die Autorinnen und Autoren überraschend, dass allein die Umstellung der Anzuchtbedingungen zur Hoch- oder Herunter-Regulation bestimmter Gene bzw. Eiweiße und letztendlich von Stoffwechselwegen führte, ohne die Notwendigkeit der Veränderung des Genoms. Diese Veränderungen erleichtern das Überleben in der komplexen, von Mikroorganismen geprägten und teils anaeroben Umgebung.

Quelle: Uni Jena

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Pflanzen müssen resilienter werden

Empfehlungen, wie eine nachhaltige Zukunftsentwicklung mithilfe resilienter Pflanzen erreicht werden kann. Grafik: Taniya Bakija, MSU

Unter Federführung der Michigan State University (MSU) rufen Pflanzenforscherinnen und -forscher dazu auf, angesichts des Klimawandels Nutzpflanzen als zentralen Faktor für die Ernährungssicherung zu begreifen. In einem in der Fachzeitschrift Trends in Plant Science veröffentlichten Aufruf plädieren sie für eine enge Zusammenarbeit zwischen Forschung, Landwirtschaft, Politik und Gesellschaft. „Die Dringlichkeit ist offenkundig: Ohne klimaangepasste Nutzpflanzen drohen Hungersnöte, Massenmigration und globale Konflikte,“ bekräftigt Dr. Seung Y. Rhee, Professorin an der MSU Research Foundation und dort Direktorin des Plant Resilience Institute (PRI), die das Autorenteam leitete. Prof. Dr. Andreas Weber, Mitautor von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU), Mitglied des Exzellenzclusters CEPLAS und unser DBG-Präsident, betont: „Um unsere Nahrungsmittelversorgung zu sichern und den Verlust an Artenvielfalt zu stoppen, ist es essentiell, die Pflanzen an ein zunehmend ungünstigeres und sich schnell veränderndes Klima anzupassen. Dies Aufgabe ist aber zu groß, als dass einzelne Länder sie alleine lösen könnten. Vielmehr braucht es internationale Konsortien, neue Forschungsansätze und ein innovationsfreundliches regulatorisches Umfeld.“

Quelle: HHU

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Saisonale Auswirkungen auf gesundheitsfördernde Inhaltsstoffe in Kohl

Saisonale Variation: Die Menge und Zusammensetzung von bioaktiven Inhaltsstoffen des Rotkohls sind abhängig vom Erntezeitpunkt. Foto: V. Púčiková, IGZ

Die saisonalen Schwankungen von Glucosinolaten und der Bildung ihrer enzymatischen Abbauprodukte in Rotkohl, Weißkohl und Brokkoli haben Forschende untersucht. So wurde im Sommer eine erhöhte Produktion von Isothiocyanaten beobachtet, die für ihre gesundheitsfördernden Eigenschaften bekannt sind. Im Herbst hingegen nahm die Bildung von Isothiocyanaten stark ab zugunsten anderer Stoffe wie Nitrile und Epithionitrile. Die im Fachmagazin Food Chemistry veröffentlichten Ergebnisse des Leibniz-Instituts für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) liefern wichtige Erkenntnisse für den Anbau und die Verwendung des Gemüsekohls für die gesunde Ernährung und der funktionellen Lebensmittelproduktion.

Quelle: IGZ

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Ökosysteme: gängige Annahme zur biologischen Vielfalt hinterfragt

Pflanzenarten können innerhalb eines Ökosystems ähnliche Funktionen erfüllen, unabhängig davon, wie eng verwandt sie miteinander sind. Zu diesem überraschenden Schluss kommt eine weltweite Auswertung von rund 1,7 Millionen Datensätzen zu Pflanzengemeinschaften. Geleitet wurde sie von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Universität Bologna. Bislang ging man in der Ökologie vom Gegenteil aus. Die Studie erschien in Nature Ecology & Evolution und bietet Hinweise für den Naturschutz.

Quelle: Uni Halle

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Flachwasserbereiche sind entscheidend für den Nährstoffhaushalt eines Sees

Flachwasserbereiche sind wichtige Zonen für den Stoffumsatz, wie diese Studie vom Stechlinsee verdeutlicht. Foto: Solvin Zankl

Auch tiefe Klarwasserseen, die als besonders wertvolle Ökosysteme gelten, können Anzeichen von Überdüngung und Algenwachstum zeigen – oft ohne ersichtlichen Grund. Eine neue Studie des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) zeigt nun, dass die Ursachen nicht immer in steigenden Nährstoffeinträgen aus dem Einzugsgebiet oder in Rücklösungsprozessen im Tiefenbereich eines Sees zu suchen sind, sondern auch in den flacheren Bereichen bis rund 20 Metern Wassertiefe. Die im Fachjournal Global Change Biology veröffentlichten Ergebnisse sind nicht nur überraschend, sie könnten auch auf ähnliche Seentypen weltweit zutreffen.

Quelle: IGB

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Kohlenstoffaustausch über das „Wood Wide Web“?

Versuchsfläche: ein Mischwaldgebiet aus Buchen und Douglasien. Der massive Baumstamm im Vordergrund gehört zu einer Douglasie, einer nicht einheimischen Nadelbaumart, die ursprünglich aus Nordwestamerika stammt. Christina Hackmann, Uni Göttingen

Die Vorstellung, dass Bäume über unterirdische Pilznetzwerke – dem so genannten „Wood Wide Web“ – miteinander „kommunizieren“, hat bei vielen Menschen die Fantasie beflügelt. Bücher und Dokumentarfilme haben das Konzept populär gemacht, bei dem Bäume angeblich über diese Netzwerke Nährstoffe miteinander austauschen. Eine Studie der Universität Göttingen um das Team von Andrea Polle in der Fachzeitschrift New Phytologist deutet jedoch darauf hin, dass die Realität etwas differenzierter sein könnte. Die Forschenden fanden heraus, dass junge Buchen Kohlenstoff an nahe gelegene „Ektomykorrhizapilze“ übertragen können – eine Pilzart, die auf und zusammen mit den Baumwurzeln in einer symbiotischen Beziehung wächst –, aber nicht an andere Bäume. Um die Bewegung des Kohlenstoffs zu verfolgen, verwendeten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Isotopenmarkierung.

Quelle: Uni Göttingen

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Wie Pilze Pflanzenwurzeln besiedeln

Mikroskopaufnahme einer besiedelten Arabidopsis-Wurzel. Violett: Pflanzenzellkerne; Grün: Hyphen des Wurzelpilz Serendipita indica

Forschende haben zwei Pilzenzyme identifiziert, die das Immunsystem von Pflanzen überlisten und somit eine entscheidende Rolle bei der Besiedlung von Pflanzenwurzeln spielen. Die Erkenntnisse von Forschenden des Exzellenzclusters für Pflanzenwissenschaften CEPLAS an der Universität zu Köln eröffnen neue Möglichkeiten für Eingriffe in der Medizin und der Landwirtschaft. Veröffentlicht sind die Erbebnisse in der Fachzeitschrift Cell Host & Microbe.

Quelle: Uni Köln

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Waldschäden im Amazonas auch durch heftigere Stürme

Windwurf im Amazonas. Foto und (c): ATTO, MPI-BGC

Häufigere starke Stürme zerstören immer größere Flächen des Amazonas-Regenwalds und tragen damit wesentlich zum Waldsterben bei. In einer Studie unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena (MPI-BGC) wurden im gesamten Amazonasbecken Sturmschäden aus den Jahren 1985 bis 2020 kartiert und berechnet. Wie die Forschenden herausfanden hat sich die Zahl der großen Sturmschäden - auch Windwurf genannt - und die Gesamtfläche der betroffenen Wälder im untersuchten Zeitraum etwa vervierfacht. Dieses Ergebnis bestätigt, dass intensive Stürme im Amazonasgebiet immer häufiger werden, wie es Modelle zu den Veränderungen durch den Klimawandel generell erwarten lassen. Ihre Daten veröffentlichte das Team bereits am 1. November im Fachjournal AGU Advances, wie das MPI-BGC heute mitteilt. 

Quelle: MPI-BGC

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Ein Enzym im Trainingscamp zur CO2-Fixierung

Teströhrchen im Labor. Foto: Gina Bolle. MPI für terrestrische Mikrobiologie

Forschenden gelang die Entwicklung eines neuen Enzyms. Die „Lactyl-CoA-Mutase“ kann ein zentrales Stoffwechsel-Produkt effizient in Wertstoffkreisläufe überführen. Dafür trainierte das Forschungsteam um Prof. Tobias Erb am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg die Fähigkeiten eines natürlichen Enzyms durch Evolution im Labor. Ziel der Forschung ist unter anderem ein künftiger Einsatz in der Fixierung und nachhaltigen Verwertung des Treibhausgases CO2. Die Ergebnisse stellte das Team in der Fachzeitschrift Nature Communications vor.

Quelle: MPI für terrestrische Mikrobiologie

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Kakao im Klimawandel: Wahl der Bäume entscheidend

Kakaobaum mit reifen Früchten. Foto: Issaka Abdulai

Ein internationales Forschungsteam hat eine neue Leitlinie erstellt, mit der sich geeignete Bäume für einen nachhaltigen und klimastarken Kakaoanbau in Westafrika finden lassen. Im Fokus stehen die jahreszeitlichen Blattveränderungen von Schattenbäumen. Die Ergebnisse des Teams unter der Leitung der Universität Göttingen wurden in der Fachzeitschrift Agriculture, Ecosystems & Environment veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

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Welche Gene der Walderdbeere vor Kälte schützen

Um Zuchtpflanzen wie die Erdbeere widerstandsfähiger gegen späten Frost zu machen, haben Forschende des KIT Gene identifiziert, die die Kältetoleranz erhöhen. Foto: Arpad Radoczy, PantherMedia

Nutzpflanzen geraten an ihre Grenzen, wenn sich mit dem Klimawandel die Jahreszeiten verschieben. So kann ein plötzlicher Frost im späten Frühjahr beispielsweise Erdbeeren im Beet schaden. Wildarten dagegen weisen oft eine höhere Resilienz auf. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) um Professor Peter Nick vom Joseph Gottlieb Kölreuter Institut für Pflanzenwissenschaften und Partner haben die Kältereaktionen von Walderdbeeren (Fragaria vesca) entschlüsselt, um so resistentere Züchtungen zu ermöglichen. Dazu nutzten die Forschenden die Genbank Südwest im Netzwerk „Wildpflanzen mit Nutzungspotenzial für Ernährung und Landwirtschaft“. Die Studie demonstriert den Wert verandter WIldarten als genetische Ressource für Nutzpflanzen. Ihre Ergebnisse hat das Team im Journal of Experimental Botany veröffentlicht.

Quelle: KIT

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Bodenökosystem ist bei nachhaltiger Bewirtschaftung widerstandsfähiger

Versuchsfläche mit nachhaltiger Grünlandnutzung im Feldexperiment Global Change Experimental Facility des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) in Bad Lauchstädt. Die Dachkonstruktionen simulieren zukünftige Klimabedingungen. Foto: Marie Sünnemann

Durch eine nachhaltige Landnutzung lassen sich unterirdische Pflanzenfresser und Mikroorganismen im Boden besser kontrollieren als bei einer intensiven Landnutzung. Das führt dazu, dass das Bodenökosystem bei nachhaltiger Bewirtschaftung widerstandsfähiger und besser gegen Störungen geschützt ist als bei intensiver Landnutzung. Forschende der Universität Leipzig, des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung Halle-Jena-Leipzig (iDiv) und anderer Forschungseinrichtungen fanden heraus, dass die Gesamtenergieflüsse sowie die Aktivitäten von sogenannten Zersetzern, Pflanzenfressern und Räubern im Boden-Nahrungsnetz stabil blieben. Sie haben ihre Ergebnisse im Fachmagazin Global Change Biology veröffentlicht.

Quelle: Uni Leipzig

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Mit KI die Wirkungsweise von neuen Antikrebsmitteln vorhersagen

Pflanzen, Pilze und Mikroben produzieren eine Vielzahl an Wirkstoffen, die aussichtsreiche Kandidaten für neue Krebsmedikamente sind.Trotz dieser Vielfalt an vorhandenen Wirkstoffen ist die Entwicklung von neuen Antikrebsmitteln schwierig, da die Aufklärung ihrer Wirkungsweise aufwendig und teuer ist. Wissenschaftler*innen des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg es ist nun gelungen, diese Hürde zu meistern. Mit moderner Analytik der Zell-Inhaltsstoffe und KI-basierter Auswertung konnten sie die Wirkungsweise von neuen Antikrebswirkstoffen vorhersagen, wie sie im Oktober im Fachmagazin Advanced Science berichten, meldet das IPB heute. Die Kombination aus Metabolomik und KI sei eine hervorragende Methode, um die Wirkungsweise von zellabtötenden Naturstoffen besser vorherzusagen und damit die Entwicklung von neuen Krebsmedikamenten zu beschleunigen, so das Fazit der Hallenser Wissenschaftler*innen.

Quelle: IPB

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73 Arten des Pflanzenschädlings Pythium in 11 Ländern

Die Abbildung zeigt eine infizierte Maisprobe mit G. ultimum var. ultimum, dessen Schadpotenzial besonders hoch ist. Diese Spezies weist sowohl eine dominante Verbreitung als auch eine starke Pathogenität auf. Pflanzen, die mit G. ultimum var. ultimum infiziert sind, zeigen deutliche Symptome wie stark vermindertes Wurzel- und Sprosswachstum und weisen eine braune Wurzelfäule auf. Foto und (c): Institut für Phytopathologie, Uni Kiel

Forschende haben Bodenproben auf Infektionen mit Pythium analysiert, einem Oomyceten, der in Europa für die Landwirtschaft zunehmend zum Problem wird. Pythium befällt vor allem die Wurzeln wichtiger Kulturpflanzen wie Mais und lässt sie verfaulen. In der Studie, die in der Zeitschrift Nature Communications erschienen ist, untersuchten die beteiligten Forscherinnen und Forscher Bodenproben von 127 Maisfeldern in insgesamt 11 europäischen Ländern. Sie extrahierten aus den Proben die DNA und sequenzierten diese dann. Mit Hilfe eines molekularbiologischen Ansatzes konnten sie anhand der Sequenzen sämtliche Mikroorganismen bestimmen, die in den Proben vorkamen. „Wir stießen darin auf insgesamt 73 Pythium-Arten, die sich je nach Standort genetisch stark unterschieden,“ erklärt Prof. Dr. Daguang Cai von der Abteilung Molekulare Phytopathologie und Biotechnologie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Die Studie ist ein erster Schritt zu einer effektiveren Bekämpfung.

Quelle: CAU

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Wie Kohlenstoff- und Stickstoff-Signalwege die Blütenrepressoren beeinflussen

Der Trehalose-6-Phosphat-Stoffwechselweg wirkt sich auf Flowering Locus C (FLC) aus. Foto: Gramma et al. (2024), Plant Physiology, Abb. 1C.

Grundlegende Mechanismen der Blütenzeit-Regulation bei Arabidopsis thaliana hat ein internationales Forschungsteam in der Fachzeitschrift Plant Physiology vorgestellt. Die Studie untersucht die Interaktion von Kohlenstoff- und Stickstoff-Signalwegen und deren Einfluss auf die Expression des Blütenrepressors FLOWERING LOCUS C (FLC). Demnach spielen Kohlenstoff- und Stickstoff-Signale eine zentrale Rolle bei der Steuerung der Blütezeit. Sowohl der Trehalose-6-Phosphat- (T6P) als auch der Stickstoff-Signalweg konvergieren innerhalb des Blühnetzwerks und modulieren die Aktivität desselben Ziels: den Blütenrepressor FLC. Dr. Justyna Olas, eine der Co-Erstautor*innen ist inzwischen als Junior-Forschungsgruppenleiterin am Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) tätig und integriert diese Erkenntnisse in ihre laufende Forschung zu nachhaltigen und resilienten Agrar- und Ernährungssystemen.

Quelle: IGZ

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Biodiversität: Urbane Plätze für Mensch und Tier gestalten

Auch auf städtischen Plätzen siedeln sich Tiere und Pflanzen an. Daraus ergeben sich Chancen für mehr Biodiversität und menschliches Wohlempfinden. Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben dazu 103 Plätze in München untersucht. Das Team betrachtete Faktoren wie Größe, Bodenbeschaffenheit, Pflanzen- und Baumbewuchs, künstliche Lichtquellen und das Umfeld des Platzes in einem Radius von 1.000 Metern. Sie analysierten, wie sich unterschiedliche Faktoren auf Flora und Fauna auswirken. Ihre Ergebnisse im Fachjournal Nature Cities zeigen wie groß die Differenz zwischen Plätzen ausfallen kann. Sie plädieren dafür, die Gegebenheiten vor Ort genau zu betrachten und öffentliche Flächen individueller zu gestalten.

Quelle: TUM

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Regenwaldschutz senkt Zahl der Atemwegserkrankungen

Regenwaldschutz ist nicht nur gut für Biodiversität und Klima - auch die Gesundheit der Menschen, die in den entsprechenden Gebieten leben, verbessert sich dadurch spürbar. Zu diesem Schluss kommt eine aktuelle Studie der Universität Bonn und der Universidade Federal de Minas Gerais in Brasilien. Die Forschenden zeigen darin, dass Maßnahmen gegen Brandrodung die Feinstaub-Konzentration in der Luft signifikant reduzieren. Damit sinkt auch die Zahl der Krankenhausaufenthalte und Todesfälle aufgrund von Atemwegs-Erkrankungen. Die Ergebnisse sind jetzt in der Fachzeitschrift Nature Communications, Earth & Environment erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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Bauminseln im Palmöl-Anbau für mehr Artenvielfalt

Industrielle Ölpalmenplantage in Jambi, Sumatra. Foto: Gustavo Paterno

Ein internationales Forschungsteam hat in einem Langzeitexperiment auf der indonesischen Inseln Sumatra gezeigt, wie Bauminseln die Artenvielfalt in Ölpalmenplantagen fördern. Die Ergebnisse der Studie unter der Leitung der Universität Göttingen zeigen, dass sich durch die Anlage von Bauminseln in großen Ölpalmen-Monokulturen die einheimische Baumvielfalt auf natürliche Weise erholt. An der Forschung waren auch die indonesischen Universitäten IPB Bogor und Jambi beteiligt. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

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Wie Kohlrabi-Gewebe Glucosinolat umwandelt

Enzymatischer Abbau von Glucosinolaten durch Myrosinase (A) nach Gewebeaufschluss verschiedener Kohlrabi-Organe (Brassica oleracea var. gongylodes cv. Kolibri) (B). Abbildung: Mbudu et al. (2024), Food Chemistry. DOI: 10.1016/j.foodchem.2024.142032

Wie die gesundheitsfördernden Glucosinolate in Geweben der Kohlrabipflanze abgebaut werden, haben Forschende analysiert.  Die Ergebnisse zeigen, dass die Enzyme Myrosinase sowie „Specifier“-Proteine in Blättern, Stängel und Knollengewebe entscheiden, ob Abbauprodukte entstehen, die die menschliche Gesundheit fördern oder Pflanzen vor Schädlingen schützen können. Die im Fachmagazin Food Chemistry veröffentlichten Erkenntnisse des Teams des Leibniz-Instituts für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) über gewebespezifische Unterschiede im Glucosinolatabbau könnten dazu beitragen, den gesundheitlichen Nutzen und die Schädlingsresistenz von Kohlrabi gezielt zu steigern.

Quelle: IGZ

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Wie Wälder verschiedenen Anforderungen gerecht werden

Messungen ökologischer Funktionen in einem Buchen-Douglasien-Mischbestand auf den Versuchsflächen des DFG Graduiertenkollegs 2300 „EnriCo“. Foto: Christina Hackmann

Holz, Sauerstoff und Lebensraum: Wälder erfüllen vielfältige Funktionen für Mensch und Umwelt. Doch wie können Wälder all diesen Ansprüchen gerecht werden? Dieser Frage ist ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Göttingen jetzt nachgegangen. Dazu hat es Versuchsflächen in Rein- und Mischbeständen aus Buche und verschiedenen Nadelbaumarten in Deutschland angelegt und die Auswirkungen der angereicherten Buchenwälder auf das Ökosystem und seine Funktionen für die Gesellschaft untersucht. Die Ergebnisse zeigen auf vielen Ebenen positive Effekte, insbesondere bei der Kombination von Buche und Douglasie. Sie wurden in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

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Pangenom der Gerste

Repräsentative Genotypen werden aus genetisch vielfältigen Populationen, z.B. Sammlungen einer Genbank, auf der Grundlage genomweiter genotypischer Daten ausgewählt. Für einen kleinen, aber möglichst repräsentativen Satz and Genotypen werden vollständige Genomassemblies erstellt, aus denen die „konservierten“ (d. h. genomische Sequenzen, die in allen Individuen einer Art vorkommen) und „variablen“ (d. h. Sequenzen, die in einigen/wenigen Individuen gefunden werden) Pangenom-Kompartimente identifiziert werden. Abb. IPK

Ein internationales Forschungsteam hat das Pangenom der Gerste, also einer Sammlungen von Genomsequenzen mehrerer Individuen dieser Art, untersucht. Dazu wurden komplette Genomsequenzen von 76 Wild- und Kulturgersten herangezogen, ebenso wie Resequenzierungsdaten von weiteren 1.315 Genotypen. Ein darauf basierender Katalog der Sequenzvariation umfasst strukturell komplexe Loci für wichtige Merkmale, die sich bisher der eingehenderen Analyse entzogen haben. „Wir konnten erstmals die Evolution sogenannter strukturell komplexer Genomregionen oder Loci untersuchen und 173 dieser Loci mit nahezu identischen direkten, Gen-tragenden Wiederholungen nachweisen“, erklärt Dr. Martin Mascher, Leiter der Arbeitsgruppe „Domestikationsgenomik“ des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK). „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein Großteil der allelischen Vielfalt, die wir an strukturell komplexen Loci im Pangenom sehen, den Kulturpflanzen dabei geholfen haben könnte, sich an neue Selektionsmechanismen in den landwirtschaftlichen Ökosystemen anzupassen,“ ergänzt Prof. Dr. Nils Stein, Leiter der Abteilung „Genbank“ des IPK. Seine Ergebnisse über eines der fünf wichtigsten Kulturpflanzen weltweit hat das Team nun in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht. 

Quelle: IPK (pdf)

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Haben Landpflanzen das Massensterben im Devon ausgelöst?

Im späten Devon, vor etwa 374 Millionen Jahren, erlebte die irdische Biosphäre eine ihrer größten Krisen – das Kellwasser-Ereignis, das zu den fünf größten evolutionären Ereignissen in der Erdgeschichte gehört. Das katastrophale Massensterben, dem mehr als die Hälfte der damaligen Arten erlagen, betraf vor allem das Leben in den Meeren. Als unmittelbare Ursache wurden sauerstofffreie, sogenannte anoxische, Wassermassen identifiziert, die zu einer globalen marinen Sauerstoffkrise führten. In einer sedimentologischen Studie haben Forschende der Universität Greifswald in Zusammenarbeit mit Partnern aus Münster, Rabat und Casablanca herausgefunden, dass Schelfwasserkaskaden an der Ausbreitung der anoxischen Wassermassen maßgeblich beteiligt waren. Tiefseesedimente belegen den Sauerstoffverlust in Küstengewässern und dessen Ausbreitung auf die Ozeane, wie sie in der Fachzeitschrift GEOLOGY berichten. Als eigentliche Verursacher der Kellwasser-Krise werden Landpflanzen verdächtigt, die zu dieser Zeit die Landmassen eroberten und im späten Devon erstmals tiefe Wurzelsysteme und holzige Gewebe entwickelten, das Festland weiträumig besiedelten und die die Bodenbildung in Gang setzten mit beschleunigten Verwitterungsprozessen. Als Folge wurden küstennahe Meere mit Nährstoffen und verrottender Biomasse geflutet; die Eutrophierung führte zu mehr Algenwachstum, was in der Folge den Sauerstoffverbrauch erhöhte, wodurch sich weiträumig sauerstofffreie Schelfwässer und Faulschlämme bildeten. Weder zum Verrotten des organischen Materials noch zum Atmen der Unterwasserorganismen gab es ausreichend Sauerstoff.

Quelle: Uni Greifswald

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Rätsel der „egoistischen“ B-Chromosomen im Roggen gelöst

Es gibt Chromosomen, die ihre Vererbungsrate zu ihrem eigenen Vorteil erhöhen können. Ein Beispiel sind sogenannte B-Chromsomen. Diese zusätzlichen Chromsomen, die in den meisten Arten keine Funktion erfüllen, gibt es in zahlreichen Pflanzen, Tieren und Pilzen. Sie machen sich verschiedene Mechanismen zu nutzen, die verhindern, dass überflüssige genetische Elemente wie sie im Laufe der Zeit entfernt werden. Diese Mechanismen sind bisher aber kaum bekannt. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) konnte nun Gene auf dem B-Chromosom des Roggens identifizieren, die vermutlich für die Regulierung dieses sogenannten „chromosome drive“ verantwortlich sind. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: IPK (pdf)

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Toleranz von Moosen gegenüber Unkrautvernichtungsmittel entschlüsselt

Das Moos Marchantia polymorpha kann einer Behandlung mit Glyphosat-Herbiziden widerstehen. Foto: Johannes Hloch, GMI

Eine der großen Herausforderung bei der Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung ist die Herbizidresistenz von Getreide. Sam Caygill und ihre Kolleg*innen am Gregor-Mendel-Institut (GMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) zeigen nun, dass eine große Gruppe von Pflanzen, die Bryophyten, von Natur aus resistent gegen das Unkrautvernichtungsmittel Glyphosat sind, wie sie in der Fachzeitschrift PNAS darlegen. Diese Eigenschaft war bisher nur anekdotisch aus dem Gartenbau bekannt. Zu verstehen, wie einige Pflanzen von Natur aus tolerant gegenüber Herbiziden sind, bietet einen wichtigen Ansatzpunkt, um das Problem der Herbizidresistenz in der Landwirtschaft in Angriff zu nehmen.

Quelle: ÖAW

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Mütterliche kleine RNAs bestimmen das Schicksal von Hybridsamen

Lebensfähige Samen von Capsella orientalis auf der linken Seite und kollabierte, nicht lebensfähige Samen, die durch Kreuzung von Capsella orientalis mit ihrer nahen Verwandten Capsella rubella erzeugt wurden. Fotos: Katarzyna Dziasek

Möchten Pflanzenzüchter widerstandsfähige und hochwertige Nutzpflanzen erzeugen, kreuzen sie häufig Pflanzen verschiedener Arten, um erwünschte Eigenschaften zu übertragen. Das vorzeitige Absterben der Hybridsamen stellt sie dabei jedoch vor Hindernisse. Grund dafür ist eine Fortpflanzungsbarriere, die oft verhindert, dass eng verwandte Arten lebensfähige Samen miteinander produzieren können. Eine neue Studie des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie, die im Fachmagazin Nature Plants erschien, bietet Einblicke in diese Herausforderung, indem sie kleine RNA-Moleküle als Schlüsselmoleküle in diesem Prozess identifiziert. Diese Erkenntnisse könnten den Weg für eine erfolgreichere Hybridisierung in der Zukunft ebnen.

Quelle: MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie

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Bäume in der Arktis?

Die Anpflanzung von Bäumen in der Arktis könnte die globale Erwärmung verschlimmern, nicht verbessern, folgern Wissenschaftler*innen u.a. der Bodenkunde von der TU Berlin in einem Artikel in Nature Geoscience. Denn die Anpflanzung von Bäumen in hohen Breitengraden wird die globale Erwärmung eher beschleunigen als verlangsamen. Mit der Erwärmung des Klimas können Bäume zunehmend weiter nördlich gepflanzt werden. Regierungen und Unternehmen fördern deshalb große Baumpflanzungsprojekte in der Arktis als Maßnahme, um die schlimmsten Folgen des Klimawandels abzuschwächen. Wenn Bäume jedoch an den falschen Stellen gepflanzt werden – wie z. B. in der normalerweise baumlosen Tundra und in Mooren sowie in großen Gebieten des borealen Waldes mit relativ offenen Baumkronen – können sie die globale Erwärmung noch verstärken, folgern die Forscher*innen, darunter auch Carsten Müller, Professor für Bodenkunde an der TU Berlin.

Quelle: TU Berlin

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Waldvermessung mit KI

Eine präzise Analyse von Wäldern aus der Ferne ermöglicht die KI-basierte Methode eines Forschungsteams der Hochschule München (HM). Das Team des Instituts für Anwendungen des maschinellen Lernens und intelligenter Systeme (IAMLIS) entwickelte im Projekt Wald5DPlus unter der Leitung von Prof. Dr. Andreas Schmitt und Prof. Dr. Peter Krzystek von der Fakultät für Geoinformation einen umfangreichen Datensatz, der auf Satellitenbildern und Künstlicher Intelligenz (KI) aufbaut. Das Forschungsteam nutzt dabei die Daten der Sentinel-1- und Sentinel-2-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Die im Fachjournal zenodo vorgestellte Technologie eröffnet neue Möglichkeiten zur Kartierung und Analyse von Waldgebieten, ohne dass Forschende die Wälder betreten müssen.

Quelle: Hochschule München

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Gläserne Mikroalgen der Ostseeküste als Bioindikatoren

Lichtmikroskopische Aufnahme von Glasschalen verschiedener, einzelliger Kieselalgen. Aufnahme: Konrad Schultz, Uni Rostock

Forschende haben mit einer neuen Studie zur Wiedervernässung eines Küstenmoores auf der Insel Rügen aufschlussreiche Erkenntnisse über die Rolle von Mikroalgen gewonnen. Insbesondere die Kieselalgen, eine Gruppe von Mikroalgen mit einer glasartigen Zellwand, erweisen sich als wertvolle Bioindikatoren, um die ökologischen Folgen von Überflutungen an der Ostseeküste besser zu verstehen. Die Ergebnisse der Angewandten Ökologie und Phykologie der Universität Rostock erschienen in der Fachzeitschrift Science of The Total Environment.

Quelle: Uni Rostock

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Dominoeffekt: wie Atlantikzirkulation und Amazonas-Regenwald zusammenhängen

Der Amazonas-Regenwald und die Amazonasregion sind Ökosysteme, die auf sich verändernde Niederschlagsmuster reagieren. Foto: Thomas Akabane, Universität São Paulo

Wie sich eine verändernde Atlantikzirkulation auf den Amazonas-Regenwald auswirken würde, hat ein internationales Forschungsteam untersucht. Der Amazonas-Regenwald und die Umwälzzirkulation des Atlantiks, die sogenannte AMOC (Atlantic Meridional Overturning Circulation), zählen zu den globalen Kippelementen. Wie genau AMOC und Amazonas als Systeme miteinander verbunden sind und die Meereszirkulation die Amazonasregion beeinflusst, ist noch nicht umfassend erforscht. Ein Team von Forschenden u.a. von MARUM, dem Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen, hat nun Veränderungen der Vegetation in der Amazonasregion analysiert. Aus einem marinen Sedimentkern, der vor der Amazonasmündung gewonnen wurde, hat es gemeinsam mit einem internationalen Team Pollen- und Kohlerückstände der vergangenen 25.000 Jahre analysiert. Diese Analyse ermöglicht dem Team einen detaillierten Blick in die Vergangenheit eines der artenreichsten Ökosysteme der Erde. Die im Fachmagazin Nature Geoscience veröffentlichten Daten zeigen, wie sich die Vegetation und Feucht- sowie Trockenperioden während vergangener Klimaereignisse der letzten Eiszeit, bei denen sich die AMOC drastisch abschwächte (sogenannte Heinrich-Ereignisse), verändert haben. Insbesondere fanden die Forschenden dabei einen dramatischen Rückgang der Regenwaldvegetation im nördlichen Teil des Amazonasgebietes.

Quelle: Uni Bremen

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Inseln als Schlüssel zum Schutz der Pflanzenvielfalt

Sukkulenten-Busch auf Teneriffa. Foto: Holger Kreft

Mehr als ein Drittel aller weltweiten Pflanzenarten kommt auf Inseln vor. Und das, obwohl Inseln nur etwas mehr als fünf Prozent der Landfläche der Erde ausmachen. Die Studie unter Leitung der australischen Macquarie University und der Universität Göttingen zeigt auch, dass von allen weltweit als bedroht eingestuften Pflanzenarten mehr als die Hälfte ausschließlich auf Inseln vorkommt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

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Mikrobengemeinschaften auf Seegräsern reduzieren Krankheitserreger

Seegraswiesen bieten vielen kleinen Tierarten Lebensraum sowie Bakteriengemeinschaften, die antibiotisch wirken. Foto: Thorsten Reusch, GEOMAR

Seegraswiesen sind nicht nur Kinderstube für Fische, Küstenschützer und CO2-Speicher. Sie reduzieren auch sehr effektiv Krankheitserreger im Meer. Wie genau das funktioniert, haben jetzt Wissenschaftler*innen der Forschungseinheit Marine Naturstoffchemie am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel untersucht. Sie analysierten die mikrobiellen Gemeinschaften, die auf Ostsee-Seegras leben und stellten fest, dass insbesondere Bakterien auf gesunden Pflanzen stark antibiotisch wirken. Ihre Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift Science of the Total Environment veröffentlicht.

Quelle: GEOMAR

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Wettrüsten zwischen Pflanze und Pilz

Forschende beschrieben im August im Fachjournal Molecular Plant eine neue Gruppe von Abwehrstoffen der Gerste, die gegen ein breites Spektrum an pilzlichen Krankheitserregern wirkt. Wie sie heute in einer Pressemitteilung über die Studie berichten, bildet der Erreger der Wurzelfäule Bipolaris sorokiniana eine Ausnahme: Der Pilz neutralisiert die Abwehrstoffe und benutzt sie, um besser zu wachsen. Die Wissenschaftler/innen des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) zeigen gemeinsam mit Partnern der Universität Köln, wie ein Krankheitserreger das Immunsystem der Pflanze nicht nur umgeht, sondern sogar erfolgreich zum eigenen Vorteil ausnutzt.

Quelle: IPB

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Wie der Embryo im Raps-Samen auf mechanische Zwänge reagiert

Die mithilfe des Magnetresonanz-Imaging (MRI) erstellte Aufnahme zeigt einen virtuellen Schnitt durch eine Brassica napus-Schote und verdeutlicht die räumliche Anordnung der Samen (in orange). Der Embryo kann sich nur in einem begrenzten Raum innerhalb des Samens entwickeln (Endosperm und Samenschale sind halbtransparent dargestellt), während der Samen selbst zusätzlich durch die ihn umgebenden Schotenwände eingeschränkt wird. Diese Anordnung erzeugt mechanische Kräfte, die letztlich auf den Embryo, sein Wachstumspotenzial und seinen Stoffwechsel zurückwirken. IPK

Die zunächst ungehinderte Ausdehnung des Embryos in einem Samen wird ab einem bestimmten Punkt durch den Kontakt zur Samenhülle behindert. Mechanische Kräfte und Zwänge beeinflussen nicht nur die Form des Embryos, sondern auch seine Entwicklung und seinen Stoffwechsel. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des Leibniz-Institutes für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) hat nun bei Raps die Grundlagen der Reaktion des Embryos auf mechanische Belastungen untersucht. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift New Phytologist veröffentlicht.

Quelle: IPK (pdf)

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Braunalgen entwickeln sich nach Sanduhr-Modell

Die mittlere Embryonalentwicklung ist bei Tieren, Pflanzen und Algen auffallend ähnlich und offenbart die gemeinsamen entscheidenden Phasen in der Evolution komplexer Lebensformen. Jüngste Beobachtungen von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Biologie Tübingen und der Universität Dundee an Braunalgen weisen das gleiche Sanduhrmuster während der Embryogenese auf wie bei Tieren und Pflanzen. Das „Sanduhrmodell“ der Entwicklung mehrzelliger Organismen besagt, dass Embryonen desselben Stammes in den frühesten und spätesten Stadien morphologische und molekulare Unterschiede aufweisen, sich aber in der mittleren Embryonalperiode ähneln. Die Verfolgung der Entwicklungsstadien bei Braunalgen zeigt nun, dass die Prozesse, die die Entwicklung komplexer mehrzelliger Organismen steuern, universeller sind, als gedacht, und liefert ein tieferes Verständnis dafür, wie sich mehrzelliges Leben entwickelt hat, berichten die Forschenden im Fachmagazin Nature.

Quelle: MPI für Biologie Tübingen

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Mit Pflanzenvielfalt auf dem Acker speichern Böden mehr Kohlenstoff

Die Anbaufläche des TwinWin-Experiments in Finnland, auf der Gerste entweder allein oder im Mischkultur mit bis zu acht verschiedenen Pflanzenarten gepflanzt wurde. Foto: Seraina Cappelli

Mehr Biodiversität stärkt die Kohlenstoffbindung in den Böden, zeigt eine neue Studie im Fachmagazin Nature Communications. Die Förderung der Biodiversität in landwirtschaftlichen Praktiken könnte der Schlüssel zu einem nachhaltigeren und klimafreundlicheren Agarsektor sein, folgert ein Team von Forschenden unter der Leitung von Luiz Domeignoz-Horta von der Universität Zürich. Die Forschenden führten ihre Studie im Rahmen des TwinWin-Experiments in Finnland durch, bei dem untersucht wird, wie sich verschiedene Abstufungen der Pflanzenvielfalt in Kombination mit Gerste auf mikrobielle Prozesse im Boden auswirken. Bemerkenswert ist, dass die Pflanzenvielfalt auch die Gesamtproduktion an pflanzlicher Biomasse erhöhte, ohne dass die Gerstenerträge zurückgingen. Dies zeigt, dass die Praxis geeignet ist, die Erträge zu erhalten und gleichzeitig die Kohlenstoffspeicherung im Boden zu verbessern.

Quelle: Uni Zürich

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Korallen in uralter Symbiose mit Algen

Erdgeschichtliche Rekonstruktion der Kontinente im mittleren Devon (Givet-Stufe vor ~385 Millionen Jahren). Markiert: Fundorte der untersuchten fossilen Korallen. Pfeile: Richtung des damaligen Südäquatorialstroms, einer permanenten warmen Meeresströmung. Grafik: Jonathan Jung, MPI für Chemie

Auch vor knapp 400 Millionen Jahren lebten Korallen bereits in Symbiose mit Algen. Das hat ein Team um Forschende des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz durch die Analyse von Stickstoffisotopen an fossilen Korallen aus der Eifel und dem Sauerland festgestellt. Damit haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die bislang älteste Photosymbiose in Korallen nachgewiesen. Die Photosymbiose könnte erklären, warum prähistorische Korallenriffe trotz nährstoffarmer Umgebung enorme Ausmaße erreichten, wie sie im Fachjournal Nature folgern.

Quelle: MPI für Chemie

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Pflanzenstoffe beeinflussen das Sozialleben von Tieren

Dr. Pragya Singh, Postdoktorandin im Sonderforschungsbereich Transregio 212 in der AG chemische Ökologie, leitete das Forschungsteam der Studie. Foto: Uni Bielefeld

Bestimmte Pflanzenstoffe, die nicht der Ernährung dienen, beeinflussen das Sozialverhalten und die Lebensdauer der Rüpsen-Blattwespe (Athalia rosae). Unter der Leitung von Dr. Pragya Singh, Postdoktorandin im Sonderforschungsbereich Transregio 212 in der AG chemische Ökologie der Universität Bielefeld, untersuchte das Team, wie der Verzehr von spezifischen Pflanzenstoffen, sogenannten Clerodanoiden, soziale Netzwerke innerhalb von Blattwespenpopulationen verändert und gleichzeitig die Lebensdauer der Tiere verkürzt. Die studienergebnisse sind im Fachmagazin Animal Ecology veröffentlicht.

Quelle: Uni Bielefeld

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Schließzellen können Umweltreize zählen

Ein blauer Lichtpuls löst in Schließzellen ein Kalzium-Signal (rot) aus, dem ein Anionenstrom (schwarz) folgt (A). Der Einstrom von Kalzium in die Zelle fördert die Freisetzung von mehr Kalzium, was Anionenkanäle aktiviert und die Stomabewegung moduliert. Grafik: Shouguang Huang, JMU

Pflanzen passen ihren Wasserverbrauch an die Umweltbedingungen an, indem sie mit ihren Schließzellen Umweltreize zählen und verrechnen. Über die Steuerung der Stomata berichten Pflanzenforschende der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) in der Fachzeischrift Current Biology. Um den Kalzium-Transienten (ein rascher, zeitlich begrenzter Anstieg der Kalzium-Konzentration in der Zelle) zu analysieren, hatte das Team um den Biophysiker Professor Rainer Hedrich ein optogenetisches Verfahren mit neuartigen Modellpflanzen angewendet, die mit lichtaktivierbaren Kalzium-Kanälen ausgestattet wurden: Durch Lichtpulse lassen sich in den Schließzellen dieser Pflanzen Kalzium-Signale erzeugen und die zelluläre Antwort analysieren. Ihre Ergenbisse zeigen, "dass Schließzellen sechs aufeinanderfolgende Kalzium-Transienten auflösen und in Stomabewegung umsetzen können. Die Schließzellen können also bis sechs zählen“, sagt Rainer Hedrich. „Als wir die Stimulationsfrequenz verdoppelten, wurde der Stomaschluss nicht forciert. Als wir sie halbierten, verzögerte sich die Stomabewegung.“

Quelle: JMU

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Wie Kieselalgen so effektiv CO₂ binden können

Auf einem Kupfer-Gitter festgefrorene Kieselalgen, entstanden bei der Probenvorbereitung für die Kryo-Elektonentomographie. Aufnahme: Benoit Gallet, Martin Oeggerli (Micronaut)

Winzige Kieselalgen im Ozean sind Meister darin, Kohlendioxid (CO₂) aus der Umwelt zu binden. Sie speichern bis zu 20 Prozent des CO₂ auf der Erde. Ein Team der Universität Basel hat nun in genau diesen Algen eine Proteinhülle entdeckt, die für eine effiziente CO₂-Fixierung sorgen. Diese Anfang Oktober im Fachmagazin Cell in zwei Publikationen vorgestellten Ergebnisse (https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.09.013 und https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.09.025) dieser Entdeckung kann neue Ideen für biotechnische Ansätze liefern, um so das CO₂ in der Atmosphäre zu reduzieren.

Quelle: Uni Basel

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Schlüsselprotein für die Bildung von Abwehr-Steroiden in Nachtschattengewächsen entdeckt

Gegen Kartoffelkäfer (Leptinotarsa decemlineata und den Befall mit anderen Schädlingen wehren sich Nachtschattengewächse mit steroidalen Glykoalkaloiden und Saponinen. Foto: Danny Kessler, MPI für chemische Ökologie

Das entscheidende Protein für die Steuerung der Biosynthese von steroidalen Glykoalkaloiden und Saponinen in Pflanzen der Gattung Solanum präsentieren Forschende des Jenaer Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in der Fachzeitschrift Science. Demnach ist GAME15 ein entscheidendes Protein, das die Biosynthese sowohl von steroidalen Glykoalkaloiden als auch Saponinen aus einer Cholesterinvorstufe in Nachtschattengewächsen reguliert (etwa bei Kartoffeln, Tomaten oder Auberginen). Pflanzen des Schwarzen Nachtschattens Solanum nigrum (Schwarzer Nachtschatten), die das Protein und damit die Steroidsaponine nicht mehr produzieren konnten, waren anfälliger für Schädlingsbefall an den Blättern durch Insekten wie Kleinzikaden und Kartoffelkäfer. Diese Ergebnisse eröffnen neue Perspektiven für die Gewinnung hochwertiger Steroidmoleküle für medizinische Anwendungen und könnten gezielte Strategien zur Bekämpfung landwirtschaftlicher Schädlinge unterstützen.

Quelle: MPI für chemische Ökologie

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Kichererbsen – nachhaltige und klimafitte Nahrungsmittel der Zukunft

Die Wiener Autor*innen der Studie: v.l.n.r. Anke Bellaire und Arindam Ghatak sammelten Kichererbsenblätter vom Feld und maßen die physiologischen Parameter. Foto: Wolfram Weckwerth

Kichererbsen erweisen sich als trockenresistente Hülsenfruchtpflanzen mit hohem Proteingehalt. Das ist wichtig zu wissen, da sich der Klimawandel negativ auf die Ernährungssicherheit auswirkt. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Wolfram Weckwerth von der Universität Wien hat nun die natürliche Variation verschiedener Kichererbsen-Genotypen und ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber Trockenstress analysiert. Dabei konnten die Wissenschafter*innen zeigen, dass Kichererbsen eine trockenresistente Hülsenfruchtpflanze mit hohem Proteingehalt sind, die Getreideanbausysteme auch im urbanen Raum ergänzen können. Die Studie ist im Fachmagazin The Plant Biotechnology erschienen.

Quelle: Uni Wien

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Neue Methode zur Messung der Lumineszenzlöschung

Ein Exemplar des Seetangs Fucus serratus und die Sauerstoffkonzentration auf seiner Oberfläche. Grafik: Soeren Ahmerkamp, MPI für Marine Mikrobiologie

Eine innovative Methode zur Messung von Lumineszenzlöschung haben Forschende des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie, des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung und der Universität Kopenhagen entwickelt. Die einfach anzuwendende und im Fachmagazin ACS Sensors vorgestellte Technik nutzt marktübliche, kostengünstige Instrumente und ermöglicht so umfassende Untersuchungen der chemischen Prozesse in ökologischen und biologischen Systemen. So lässt sich beispielsweise die Sauerstoffdynamik mit wesentlich höherer zeitlicher und räumlicher Genauigkeit als bisher erfassen.

Quelle: MPI für Marine Mikrobiologie

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Flüssigkeitströpfchen können Membranen in Zellen schneiden

Kleine zelluläre Flüssigkeitströpfchen, sogenannte biomolekulare Kondensate, können Membranen ohne spezialisierte Schneideproteine überwinden, die bislang dafür verantwortlich gemacht wurden, Membranen zu überwinden. Dieser neuentschlüsselte Prozess ist essenziell für das Überleben von Pflanzen, wie ein Team um Professor Dr. Roland Knorr am Zentrum für Biochemie der Universität zu Köln zusammen mit internationalen Kolleg*innen (u.a. der Technischen Universität Bergakademie Freiberg) im Fachmagazin Nature zeigt. Um dies nachzuweisen, untersuchte das Team das Benetzungsverhalten eines spezifischen Kondensates aus dem Protein FREE1, dass für das Überleben von Arabidopsis thaliana unabdingbar ist. Mit Hilfe einer Kombination aus umfangreichen Laborexperimenten, einem mathematischen Modell und Computersimulationen konnten die Forscher*innen zeigen, dass Kondensate große Kapillarkräfte auf Membranen ausüben können.

Quelle: Uni Köln

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Ähnlich Telescripting: Forschende entdecken „Aufpasser“ für Proteinbaupläne

Aufnahmen 21 Tage alter Arabidopsis thaliana. Bei der rechten Pflanze wurde die Aktivität des Protein-RNA-Komplexes "U1 snRNP" künstlich heruntergefahren. Foto: Anchilie Mangilet

Pflanzen haben einen ausgeklügelten Mechanismus, um die Produktion neuer Proteine zu überwachen. Der "U1 snRNP"-Komplex sorgt dafür, dass die Baupläne für Proteine vollständig hergestellt werden. Das ist wichtig, weil Zellen dazu neigen, den Prozess zu früh abzubrechen. Diese Qualitätskontrolle kannte man bisher nur aus tierischen Zellen als sogenanntes Telescripting. Ein Forschungsteam  konnte nun erstmals einen ähnlichen Prozess in Pflanzen zeigen. Dazu erzeugte das Team im Labor künstlich Pflanzen mit wenigen U1 snRNP-Molekülen. "Wir konnten die Konzentration auf etwa zehn Prozent des Normalen senken. Darunter waren die Pflanzen nicht mehr lebensfähig", erklärt der Pflanzengenetiker Prof. Dr. Sascha Laubinger der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Die Ergebnisse veranschaulichen, wie die Genaktivität in Pflanzen gesteuert werden kann. "Von menschlichen Zellen weiß man, dass Telescripting bei Hitzestress die Genaktivität in Zellen verändert", sagt Laubinger. Wenn sich etwas Ähnliches bei Pflanzen finden lasse, könnte dies zum Beispiel ein Ansatz sein, sie widerstandsfähiger gegen die Folgen des Klimawandels zu machen. Die heute der Öffentlichkeit vorgestellte Studie erschien im September im Journal Nature Plants.

Quelle: MLU

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Warum Gehölze in Trockengebieten dominieren

Potsdamer Forschende der Arbeitsgruppen von Prof. Dr. Anja Linstädter und Prof. Dr. Florian Jeltsch vom Institut für Biochemie und Biologie haben zu der globalen Studie ihre Felddaten aus Trockengebieten in Südafrika und Namibia beigesteuert. Foto: Anke Frank

Niederschlag, Temperatur und Beweidung haben den größten Einfluss darauf, ob in Trockengebieten eher holzige oder krautige Arten wachsen. Das zeigt eine große weltweite Studie, an der auch Potsdamer Forschende beteiligt sind. Ihre Untersuchungen von 92 Standorten in 25 Ländern auf sechs Kontinenten ergab, dass Trockengebiete überall auf der Welt unter bestimmten klimatischen Bedingungen und Beweidung mit einigen Nutztierarten tendenziell „verholzen“. Dies könne dazu führen, dass die Trockengebiete Teile ihrer wichtigen ökologischen Funktionen verlieren. Die Forschungsergebnisse sind nun im Journal Science Advances erschienen.

Quelle: Uni Potsdam

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Mechanismus der Wachstumssteuerung in Stammzellen

Die Spitze einer Pflanzenwurzel unter dem Fluoreszenzmikroskop. Grün markiert sind die Zellen, in denen WOX5 aktiv ist. Bild: Thomas Laux

Das Molekül HAN ist ein wichtiger Regulator, der im Zusammenspiel mit WOX5 das Wachstum von Pflanzen steuert. Das zeigen neben molekularbiologischen Methoden auch mathematische Modellierungen von Forschenden der Uni Freiburg, die sie im Fachmagazin Nature Plants veröffentlicht haben. Diese liefern eine mögliche Erklärung dafür, warum der kompliziert anmutende Mechanismus ein Vorteil für die Pflanze sein könnte: Die Mitwirkung von HAN als Bindeglied zwischen WOX5 und CDF4 scheint die Regulation der Stammzellen unempfindlicher gegenüber Umwelteinflüssen zu machen. Das Verständnis dieses Mechanismus ist relevant für die Züchtung widerstandsfähigerer oder ertragreicherer Nutzpflanzen.

Quelle: Uni Freiburg

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Warum Europäische Waldpflanzen gen Westen wandern

Der Wald-Sauerklee (Oxalis acetosella) „wandert” mit einer Geschwindigkeit von knapp 5 Kilometern pro Jahr nach Westen und etwa 0,1 Kilometern pro Jahr nach Norden. Hauptgrund ist der atmosphärische Stickstoffeintrag. Foto: Petr Harant

Die Verbreitung europäischer Waldpflanzen verschiebt sich überraschend nach Westen. Wie Forschende u.a. des Forschende des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) im Fachmagazin Science zeigen, sind dafür Stickstoffeinträge – und in geringerem Maße der Klimawandel – die Hauptursachen. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich Arten nach Westen verlagern, ist laut der neuen Studie 2,6 Mal höher als dass sie sich nach Norden verlagern. Die Studienergebnisse widersprechen der Annahme, dass hauptsächlich der Klimawandel für die Verschiebung der Artenverbreitung verantwortlich sei. Sie werfen ein neues Licht auf die Frage, wie Umweltfaktoren, und insbesondere Stickstoffeinträge, die Artenvielfalt verändern.

Quelle: iDiv

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Pflanzen gehen bei der Aufnahme von Kalium energiesparend vor

Pflanzen besitzen zwei getrennte Kalium-Aufnahmesysteme, den Transporter HAK5 und den Kanal AKT1. Je nach Kalium-Konzentration im Boden ist das eine oder das andere System für die Aufnahme von Kalium in die Wurzeln verantwortlich. Grafik: Tobias Maierhofer, Uni Würzburg

Pflanzen können noch geringste Spuren des wichtigen Nährstoffs Kalium aus dem Boden holen. Wie sie das schaffen, beschreibt ein Team um den Würzburger Biophysiker Rainer Hedrich in Nature Communications.

Quelle: Uni Würzburg

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Älter, vielfältiger, aber keine CO₂-Senke mehr: So steht es um Deutschlands Wälder

Veränderungen des Kohlenstoffvorrates in Wald und Holzprodukten. Grafik: FNR

Das Ergebnis der heute veröffentlichten Bundeswaldinventur 2022 - der umfangreichsten Bestandsaufnahme im deutschen Wald - hat Licht und Schatten: Die Wälder werden strukturreicher, es gibt mehr ältere Bäume und etwas mehr bewaldete Fläche. Die durchschnittliche Kohlenstoff-Speicherleistung des Waldes hat allerdings seit 2012 deutlich abgenommen. Zwischen 2017 und 2022 wurden die Wälder sogar zur Kohlenstoff-Quelle. Das meldet das Thünen-Institut für Waldökosystem in Eberswalde.

Quelle: Thünen

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Neue Licht- und Wärme-Wahrnehmung entdeckt

Wie Phytochrome Licht und Wärme wahrnehmen, publizierten Forschende im Fachmagazin The Plant Cell und stellen damit einen bislang unbekannten Mechanismus vor. Dazu untersuchten die Forschenden der Universität Bayreuth und der Heinrich Heine Universität Düsseldorf die Geschwindigkeit der Bildung und Auflösung von Komplexen aus Phytochrom B und verschiedenen Phytochrome-interacting factors (PIFs) unter rotem und fernrotem Licht und bei verschiedenen Temperaturen. Unter starkem Dauerlicht nahm das Ausmaß der Komplexbildung mit der Intensität des roten Lichts ab anstatt, wie erwartet, zu. Grund hierfür ist eine schnelle, durch Rotlicht angetriebene und bidirektionale Umwandlung zwischen den Zuständen Pr und Pfr. „Pflanzliche Phytochrome können also unterschiedliche Rotlichtstärken und Temperaturen über einen zusätzlichen, bisher unbekannten und daher unerforschten molekularen Mechanismus in physiologische Reaktionen umwandeln“, sagt Chengwei Yi, Erstautor der Studie.

Quelle: Uni Bayreuth

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Schädlinge mit Biodiversität statt Insektiziden bekämpfen

Flohkäfer befallen eine Arabidopsis thaliana und hinterlassen Schäden an der Pflanze. Foto: UZH

Nicht immer braucht es Pestizide: Forschende der Universität Zürich (UZH) zeigen in einer umfangreichen Feldstudie, dass die Biodiversität innerhalb einer Pflanzenart zur Schädlingsbekämpfung genutzt werden kann. Denn Arten mit verschiedenen Genotypen arbeiten zusammen, um die Angriffe von pflanzenfressenden Insekten abzuwehren, berichten sie im Fachmagazin Nature Communications.

Quelle: UZH

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Faktencheck Artenvielfalt zeigt erstmals, wie es um die biologische Vielfalt in Deutschland steht

Untersuchte Lebensräume im "Faktencheck Artenvielfalt". Grafik: FEdA

Mehr als die Hälfte der natürlichen Lebensraumtypen in Deutschland weist einen ökologisch ungünstigen Zustand auf, täglich verschwinden weitere wertvolle Habitatflächen. Die Konsequenz: Populationen von Arten schrumpfen, verarmen genetisch oder sterben aus – mit direktem Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und Funktionsweise von Ökosystemen. Ein Drittel der Arten sind gefährdet, etwa drei Prozent sind bereits ausgestorben.  Der heute erschienene „Faktencheck Artenvielfalt“ wurde in Zusammenarbeit zahlreicher Universitäten (darunter die Uni Leipzig), Forschungseinrichtungen und weiterer Akteure erstellt und zeigt erstmals umfassend, wie es um die Biodiversität in Deutschland tatsächlich steht, identifiziert deren Trends und Treiber, gibt aber auch Empfehlungen, dem Verlust entgegenzuwirken und arbeitet Forschungsbedarfe heraus.

Quelle: Uni Leipzig

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Umfassende Aufforstung kann globale Erwärmung bremsen

Das Pariser Klimaabkommen fordert, die Erderwärmung auf 1,5 Grad Celsius im Vergleich zum vorindustriellen Niveau zu begrenzen. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen CO₂-Emissionen gesenkt und bereits ausgestoßenes CO₂ wieder aus der Atmosphäre entfernt werden. Ein Team um die LMU-Forscher Yiannis Moustakis und Julia Pongratz zeigt nun, dass großflächige Aufforstung einen wichtigen Beitrag dazu leisten kann. Simulationen der Forschenden zeigen, dass Temperaturspitzen und auch die Temperatur zum Ende des Jahrhunderts reduziert und die Dauer, in der die globale Temperatur das 1,5-Grad-Ziel überschreitet, verkürzt werden könnte, wie sie im Fachmagazin Nature Communications berichten.

Quelle: LMU

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Weizen im Klimawandel: Neue Sorten können Beitrag zu Ernährungssicherheit leisten

Weizen ist weltweit das wichtigste Getreide – und verursacht hohe Umweltkosten. Grund hierfür ist die erforderliche Düngung mit Stickstoff. Neue Weizensorten können den Stickstoff effizienter nutzen und bringen bessere Erträge. Sie sind eine Chance, den wachsenden Welthunger zu bekämpfen. Mit steigenden Erträgen werden sie noch mehr Stickstoff brauchen, wenn man ihr Erntepotenzial ausschöpfen möchte. Das belegt eine Studie von Forschenden der Technischen Universität München (TUM) und des französischen Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (INRAE), die im Jounal Nature Plants veröffentlicht wurde.

Quelle: TUM

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Neue Magnetresonanz-Tomographie-Methode für Pflanzen

Die Anwendung der Magnetresonanztomographie (MRT) zur Untersuchung des pflanzlichen Stoffwechsels in vivo stellt die Wissenschaft jedoch noch vor Herausforderungen. Ein Forschungsteam hat nun mit dem ‚Chemical Exchange Saturation Transfer‘ (CEST) eine neue Methode für die Pflanzen-MRT entwickelt. Sie ermöglicht einen nicht-invasiven Zugang zum Stoffwechsel von Zuckern und Aminosäuren in komplexen Speicherorganen wie Samen, Früchte, Pfahlwurzeln oder Knollen wichtiger Kulturpflanzen, wie Mais, Gerste, Erbse, Kartoffel, Zuckerrübe und Zuckerrohr. Das Forschungsteam zeigte in der aktuellen Studie die Dynamik von Metaboliten in sich entwickelnden Samen; eine Analyse die mit herkömmlichen Techniken bisher nicht möglich war. Darüber berichtet das Team unter der Leitung von Dr. L. Borisjuk (IPK Leibniz-Institut) und Prof. P.M. Jakob (Universität Würzburg) im Fachjournal Science Sdvances. „Die Visualisierung der Metabolitendynamik in lebenden Pflanzen ist ein hervorragendes Instrument, um strukturelle und metabolische Interaktionen bei der Reaktion von Pflanzen auf sich ständig verändernde Umweltbedingungen besser zu verstehen. Daher ist die Einführung von CEST, das die interne Gewebestruktur und die Metabolitendynamik sichtbar macht, ein wichtiger Meilenstein“, sagt Dr. Ljudmilla Borisjuk, Leiterin der Arbeitsgruppe „Assimilatallokation und NMR“ am IPK.

Quelle: IPK (pdf)

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Je unterschiedlicher menschliche Umwelteinflüsse, desto gravierender sind Auswirkungen auf den Boden

Von Klimawandel bis Umweltverschmutzung: Eine Studie Forschenden der Freien Universität Berlin zeigt die Folgen von zahlreichen, gleichzeitig wirkenden Umwelt-Faktoren auf die Bodeneigenschaften. Dazu hatten sie einen Pool von 12 Faktoren des globalen Wandels verwendet, wie etwa organische Chemikalien, sowie Stickstoffeintrag, Schwermetalle, Salzstress, sowie Trockenstress. Diese Faktoren wurden dann kombiniert in Gruppen von 2, 5 oder 8 Faktoren, die gleichzeitig appliziert wurden. Im Fachjournal Nature Communications schildern sie, ob es für den Boden schlechter ist, wenn er von eher einer Vielzahl von Faktoren mit unterschiedlichen Wirkmechanismen betroffen ist, oder ob es schlimmere Auswirkungen hat, wenn die Faktoren sich eher ähneln, also eher in die gleiche Bresche schlagen. „Unsere Ergebnisse belegen, dass die Effekte umso gravierender sind, je unterschiedlicher die Gruppe der Faktoren ist“, erklärt Prof. Dr. Matthias Rillig, Leiter der Ökologie-Arbeitsgruppe an der Freien Universität Berlin. „Dies liegt daran, dass bei unähnlichen Faktoren die Häufigkeit der gegenseitigen Verstärkungen der Faktoren zunimmt.“ Und „möglicherweise kann diese Einsicht auch helfen, bereits geschädigte Ökosysteme wieder herzustellen“, sagt Rillig.

Quelle: FU Berlin

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Korbblütler auf isolierten Inseln

Pleurophyllum speciosum ist ein Kraut mit leuchtend violetten Blüten. Foto: Philip Garnock-Jones, Uni Göttingen

Ein internationales Forschungsteam hat eine neue globale Datenbank zur Verbreitung und Evolutionsgeschichte aller Asteraceae-Arten zusammengestellt und analysiert. Damit gelang es die rund 34.000 Arten der Korbblütler oder Asterngewächse zu beschreiben, einer Gruppe der Blütenpflanzen mit der größten Artenvielfalt der Welt. Wie die Forschenden herausfanden, kam auf vielen Inseln weltweit eine unerwartet hohe Zahl von Artbildungen in relativ kurzen Zeiträumen innerhalb der Asteraceae-Familie vor. Die Forschenden konnten zudem Dutzende von möglicherweise unentdeckten Artbildungen auf Inseln weltweit identifizieren. „Die Familie der Korbblütler ist eine Goldgrube, um zu verstehen, warum und wie sich neue Arten in den abgelegensten Umgebungen der Welt entwickeln“, sagt Prof. Dr. Holger Kreft, Leiter der Abteilung Biodiversität, Makroökologie und Biogeographie der Universität Göttingen. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

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Pollen beeinflussen Wolkenbildung und Niederschlagsmuster

Pflanzen-Pollen spielen nicht nur eine Rolle bei Allergien, sondern beeinflussen auch das lokale Wetter. Besonders im Frühling, wenn große Mengen freigesetzt werden, tragen sie zur Eisbildung in Wolken bei, was den Regen verstärken kann. Eine aktuelle in IOPscience veröffentlichte Studie unter Federführung des Instituts für Meteorologie der Universität Leipzig belegt dies erstmals außerhalb des Labors.

Quelle: Uni Leipzig

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Wie sich Pflanzengemeinschaften verändern, wenn sie unbesiedeltes Gelände einnehmen

Bestimmte Pflanzen sind in der Lage, Naturräume wie Sanddünen, vulkanische Substrate und Steinschlaggebiete zu erschließen. Dank spezieller Eigenschaften können die frühen Kolonisierer in solch lebensfeindlichen Umgebungen gedeihen. Den Pionierarten folgen schon bald andere Pflanzen, denen diese Eigenschaften fehlen. Ricardo Martínez-García vom Center for Advanced Systems Understanding (CASUS), einem Institut des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR), und Kollegen aus Spanien und Brasilien untersuchten das Wechselspiel zwischen verschiedenen Spezies auf diesen neu eroberten Böden mithilfe eines mathematischen Modells der Pflanzenwurzeln. Ihr in der Fachzeitschrift New Phytologist vorgestelltes Modell stellt eine Verbindung zwischen dem Typ der Interaktion der Arten und der allgemeinen Verfügbarkeit begrenzter Bodenressourcen her. Zudem verrät es die beste Strategie für den Pionier, der eine nicht frei verfügbare Ressource nutzbar machen kann.

Quelle: CASUS

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Wie Lücken im Kronendach Mikroklima und Bodenaktivität beeinflussen

Blick in den Wald mit dichtem Unterstand und teilweise krankem Oberstand. Foto: Annalena Lenk, Uni Leipzig

Lücken im Kronendach eines Auen-Mischwalds haben direkten Einfluss auf die Temperatur und Feuchtigkeit im Waldboden, zeigen jedoch nur geringe Auswirkungen auf die Bodenaktivität. Zu diesem Ergebnis kommt eine in der Fachzeitschrift Science of The Total Environment veröffentlichte Studie der Universität Leipzig, des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung Halle-Jena-Leipzig (iDiv) und des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie. Für die Studie untersuchten die Forschenden im Dürrejahr 2022 die Auswirkungen verschieden großer und unterschiedlich strukturierter Waldlücken auf Mikroklima und Zersetzungsprozesse im Boden eines europäischen Auenmischwaldes (Leipzig, Deutschland).

Quelle: Uni Leipzig

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Bitterer Nachgeschmack: Wie Stickstoff Solanum-Pflanzen bitter macht

Dagny Grzech mit Pflanzen des Schwarzen Nachtschattens, die als Plattform für die Entwicklung der Produktion steroidaler Glykoalkaloide dienen. Foto und (c): Anna Schroll, MPI f. chem. Ökologie

Ein ursprünglich aus dem pflanzlichen Grundstoffwechsel stammendes Enzym steuert die Synthese von steroidalen Glykoalkaloiden, wichtigen Abwehrstoffen der Tomate. Einem Forschungsteam des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie ist es nun gelungen, den entscheidenden Biosyntheseschritt bei der Herstellung von steroidalen Glykoalkaloiden zu charakterisieren, wichtigen Abwehrstoffen in verschiedenen Solanum-Pflanzen. Sarah O'Connor, Leiterin der Abteilung für Naturstoff-Biosynthese, sieht die in der Zeitschrift nature chemical biology vorgestellten Ergebnisse in einem breiteren Kontext: "Unsere Studie zeigt, dass die Biosynthesewege eine große Plastizität aufweisen, die sich nicht nur in der Veränderung der katalytischen Aktivitäten der beteiligten Enzyme, sondern auch in der Veränderung ihrer räumlichen Organisation äußern kann. Diese 'metabolische' Plastizität führt zu einer enormen Vielfalt an spezialisierten Stoffwechselwegen in Pflanzen." 

Quelle: MPI für chemische Ökologie

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Alte Pflanzensammlungen sorgen für neue Erkenntnisse

Mithilfe von Herbarien können Forschende der Universität Trier untersuchen, welche Insekten auf Blättern und Blüten der Pflanzen gelebt haben. Foto: Uni Trier

Das Insektensterben stellt die Wissenschaft vor Rätsel. Es gibt zwar einige Thesen, aber wenig Belege. Die eDNA-Methode der Universität Trier und Herbarien können neue Erklärungen liefern. Dazu untersuchten die Forschenden der Universität Trier teils sechzig Jahre alte Pflanzen aus den Sammlungen. „Wir haben erstmals gezeigt, dass Herbarien wunderbar geeignet sind, um historische Zusammenhänge zwischen Pflanzen und Insekten zu untersuchen," sagt Prof. Dr. Henrik Krehenwinkel über die im Fachmagazin Current Biology erschienene Studie. Das Insektensterben stellt Forschende auch deshalb vor viele Fragen, weil es jahrzehntelang kaum Datensätze zum Vorkommen von Insekten gab, auf die man für Studien zurückgreifen hätte können. Die Untersuchung von historischen Herbarien könnte das nun ändern.

Quelle: Uni Trier

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In der Werkstatt der Chloroplasten

Dominique Stolle, Lena Osterhoff und Danja Schünemann (von links) schauten den Ribosomen über die Schulter. Foto und (c): Kramer, RUB

Die Photosynthese läuft täglich in jedem kleinen grünen Blatt vor unseren Augen ab – dennoch sind die Details des komplexen Ablaufs noch nicht komplett enträtselt. Ein Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Prof. Dr. Danja Schünemann hat ein weiteres Puzzleteil aufgeklärt. Das Team, insbesondere der ehemalige Doktorand Dominique Stolle und die jetzige Doktorandin Lena Osterhoff, untersuchte, wie das für die Photosynthese wichtige Protein D1 aufgebaut wird und entwickelte dazu eine neue In-vitro-Technik. Ungefähr 140 Proteine, so zeigte sich, sind vermutlich an dem Prozess beteiligt, einige davon bislang unbeschrieben; das markante Protein STIC2 untersuchten sie genauer. „STIC2 interagiert dabei mit bestimmten Strukturen in den Thylakoidmembranen, was für den korrekten Einbau von D1 und vermutlich anderer zentraler Proteine der Photosysteme in die Membran entscheidend ist“, so Danja Schünemann. „Bisher konnte man Ribosomen nur allgemein aufreinigen“, erklärt Danja Schünemann. „Jetzt können wir ihnen sozusagen bei der Arbeit über die Schulter schauen.“ Ihre Ergebnisse publizierten sie Ende August in der Zeitschrift EMBO Journal.

Quelle: RUB

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Wasserpflanzen managen: Warum Nichtstun auch eine Option ist

Wasserpflanzen zu entfernen, bringt nicht immer einen Nutzen. Foto: David Ausserhofer, IGB

Wasserpflanzen in Seen und Flüssen bieten wichtige Rückzugsgebiete für Tiere, bringen Sauerstoff ins Wasser und entfernen Nährstoffe. Dennoch sie sind nicht überall beliebt: Manch einen stören sie beim Baden oder Wassersport, außerdem verändern sie die Hydrologie eines Gewässers. Treten Wasserpflanzen in Massen auf, werden sie daher häufig entfernt. Forscher*innen unter Beteiligung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) haben in Freilandexperimenten untersucht, warum es zu solchen Massenentwicklungen kommt und welche Folgen das Entfernen hat. Wie die Auswertung verschiedener Managementansätze im Fachjournal Science of The Total Environment zeigt, kann auch die Option „nichts tun“ in Betracht gezogen werden.

Quelle: IGB

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Großflächige Waldrodung verringert Wolkenbildung

Forschende haben herausgefunden, dass die großflächige Abholzung von Wäldern mehr erwärmend auf das Klima wirkt als bisher angenommen. Das Team der Universität Leipzig und der Sun Yat-sen University (China) wies durch Analyse von Computersimulationen und Beobachtungen eine Abnahme von Wolken in diesen abgeholzten Gebieten nach. Rodung wirkt durch das Freisetzen von Kohlendioxid erwärmend, gleichzeitig sind aber auch Wälder dunkler als die Gebiete nach der Rodung. Dieser Effekt wirkt abkühlend, weil weniger Sonnenlicht absorbiert wird, berichten sie im Fachnjournal Nature Communications.

Quelle: Uni Leipzig

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Fischsterben an der Oder 2022: Mikroschadstoffe verstärkten die Wirkung der Algentoxine

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nahmen an fünf Standorten entlang der Oder Wasserproben, extrahierten vergiftete Fische und analysierten die Wirkung der Mikroschadstoffe. Grafik: Annika Jahnke, UFZ

Es waren die Bilder des Sommers 2022: Tonnenweise trieben tote Fische, Muscheln und Schnecken auf der Oder. Bald war klar, was als Auslöser der Umweltkatastrophe galt: Eine Mischung aus überhöhtem Salzgehalt, hohen Wassertemperaturen, niedrigem Wasserstand und zu hohen Nährstoffeinträgen und Abwasser löste eine Blüte der Brackwasseralge Prymnesium parvum aus, deren Algentoxin Prymnesin auf Organismen tödlich wirkt. Ein vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) koordiniertes Wissenschaftsteam sammelte damals Wasserproben und analysierte sie. Das Ergebnis: Hohe Konzentrationen organischer Mikroschadstoffe haben die tödlichen Auswirkungen von Prymnesin verstärkt, schreiben die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Water.

Quelle: UFZ

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Photosynthese im fast Dunklen

Lager der MOSAiC Expedition. Foto: Saga Svavarsdottir, AWI (CC-BY 4.0)

Auch bei extrem niedrigem Lichteinfall kann Photosynthese in der Natur stattfinden, zeigt eine Studie, die die Entwicklung von arktischen Mikroalgen zum Ende der Polarnacht untersucht hat. Die Messungen fanden im Rahmen der MOSAiC-Expedition statt und ergaben, dass Mikroalgen in der Arktis schon Ende März durch Photosynthese Biomasse aufbauen. Zu diesem Zeitpunkt steht die Sonne kaum über dem Horizont, sodass es im Lebensraum der Mikroalgen noch nahezu komplett dunkel ist. Die Ergebnisse der Nature Communications-Studie zeigen, dass Photosynthese im Ozean unter viel niedrigeren Lichtbedingungen möglich ist und damit auch bis in viel größere Tiefe stattfinden kann als bisher angenommen. Die Forscherinnen und Forscher nutzten für ihre Arbeit Messdaten des internationalen MOSAiC-Forschungsprojekts, bei dem sich die Expeditionsteilnehmende 2019 für ein Jahr in der zentralen Arktis einfrieren ließen, um den Jahresgang des arktischen Klima- und Ökosystems zu untersuchen. Der Fokus des Teams um Dr. Clara Hoppe vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) lag dabei auf der Untersuchung von Phytoplankton und Eisalgen (siehe auch: Eisalge Melosira arctica – Gewinnerin oder Verliererin des Klimawandels?).

Quelle: AWI

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Biodiversitätsverlust: Viele Studierende im Umweltbereich kennen Ursachen nicht so genau

Weltweit haben Studierende in den Umweltwissenschaften Wahrnehmungslücken, was die Ursachen des globalen Biodiversitätsverlusts betrifft. Das zeigt eine Umfrage von Didaktiker*innen der Goethe-Universität Frankfurt, bei der mehr als 4000 Studierende aus 37 Ländern befragt wurden. Die Lücken sind von Land zu Land verschieden: In manchen Ländern wird eher der Klimawandel als Ursache unterschätzt, in anderen der Faktor invasive Arten, in dritten die Verschmutzung. Die im Magazin npj Biodiversity veröffentlichten Ergebnisse der Umfrage zeigen auch, dass länderspezifische Indikatoren die Wahrnehmung stark beeinflussen.

Quelle: Uni Frankfurt

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Endozytose: Bakterien auf Beutezug

Die Entstehung der Eukaryoten gilt als eines der größten ungelösten Rätsel der Biologie: Nach derzeitiger Lehrmeinung sollen zwei Prokaryoten, ein sogenanntes Asgard-Archaeon und ein Bakterium, verschmolzen sein. Dabei soll sich das Bakterium zum Mitochondrium entwickelt haben. Dieser eukaryotische Vorfahre hatte durch sein Mitochondrium genug Energie zur Verfügung, um sich zu den heute bekannten komplexeren Zellen weiterzuentwickeln. Ein wesentliches Merkmal solcher komplexen Eukaryoten ist die Endozytose – die Fähigkeit, andere Zellen zu fressen. Es galt bisher jedoch als energetisch unmöglich, dass eine prokaryotische Zelle zur Endozytose in der Lage ist, da hierfür die Energiequelle des Mitochondriums als unverzichtbar galt. Ein Forschungsteam der Universität Jena hat jedoch prokaryotische Bakterien entdeckt, die andere Zellen fressen können. Über diesen überraschenden Fund berichtet das Forschungsteam der Friedrich-Schiller-Universität Jena im Fachmagazin mBio.

Quelle: Uni Jena

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Mit Optogenetik pflanzliche Signalwege entschlüsselt

Transgene Tabakblätter nach 24 Stunden grüner Belichtung. a) Pflanze mit Anionenkanal GtACR1. b) Pflanze mit Calciumionenkanal XXM 2.0. Der horizontale Balken zeigt die Belichtungsdauer an. Grafik: Meiqi Ding

Wie Pflanzen auf Signale aus der Umwelt reagieren, haben Forschungsteams mit neu generierten "optogenetischen" Tabakpflanzen untersucht. Die Arbeitsgruppen aus der Neurophysiologie, Pharmazeutischen Biologie und der Botanik der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) haben die Calcium-Membranpotential-Beziehung genauer untersucht. „Die erfolgreiche Expression von Channelrhodopsinen mit unterschiedlicher Ionenselektivität in Pflanzenzellen ermöglicht den Vergleich verschiedener Ionensignale parallel zum elektrischen Signal, der sogenannten Depolarisierung“, erklärt Dr. Meiqi Ding. Sie nutzte das Calcium leitende Channelrhodopsin XXM 2.0 und den lichtaktivierten Anionenkanal GtACR1, um die verschiedenen Ionensignalwege in Tabak zu untersuchen. Diese neu generierten „optogenetischen“ Tabakpflanzen erlaubten, die Frage zu klären, ob Calcium-Einstrom oder Membrandepolarisation entscheidend für die Reaktion der Pflanze auf eine bestimmte Stress-Situation sind. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind überzeugt davon, dass diese Studie erst der Anfang einer neuen Ära in der Pflanzenforschung ist. Schließlich können nun mit verschiedenen Rhodopsinen die Signalwege der Pflanzen besser „ausgeleuchtet“ werden. Ihre Studie erschien in der Fachzeitschrift Nature.

Quelle: JMU

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Computersimulation der Spindel eröffnet neue Zellteilungsforschung

Erste dreidimensionale Computersimulation der Arabidopsis-Spindel und damit überhaupt einer Spindel. Aufnahme: Nedelec, Sainsbury Laboratory Cambridge

Die erste dreidimensionale Computersimulation einer pflanzlichen Spindel hat ein interdisziplinäres Forschungsteam unter Leitung des Fachbereichs Biologie der Universität Hamburg und des Sainsbury Laboratory in Cambridge (England) geschaffen. Diese Simulation kann nun genutzt werden, um fundamentale Prinzipien der Zellteilung besser zu verstehen und wurde in der Fachzeitschrift Developmental Cell veröffentlicht.

Quelle: Uni Hamburg

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Forever young: Wie alte Algen sich verjüngen

Das Forschungsteam sammelt einzellige Mikroalgen aus dem Meer für seine Studien auf Expeditionen. Foto: Samues Bollendorff, Fondation Tara Océan

Einen bislang unbekannten Verjüngungsmechanismus haben Forschende bei einzelligen Mikroalgen entdeckt, die in den Ozeanen als Grundlage der Nahrungsketten dienen. Auch Einzeller altern, wenn sie sich wegen Nährstoffmangels nicht mehr teilen können. Der Mechanismus ermöglicht es alten Zellen, sich zu verjüngen und wieder zu teilen, nachdem sie in nährstoffreiche Gebiete gelangen. Demnach sondern diese Zellen Blasen, sogenannte „Vesikel“, ab. Diese transportieren schädliche Stoffwechselprodukte und Toxine aus den Zellen heraus, was die Voraussetzungen für eine neue Zellteilung schafft. Die Ergebnisse der Studie könnten weitreichende Konsequenzen für das Verständnis der Zellalterung und -regeneration in marinen Ökosystemen haben. Die dazugehörige Studie eines Teams aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ der Universität Jena wurde jüngst im Fachjournal Nature Microbiology veröffentlicht.

Quelle: Uni Jena

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Mehr Wissenschaftsfreiheit führt zu mehr Innovation

Die Innovationskraft einer Gesellschaft hängt vom Grad ihrer Wissenschaftsfreiheit ab. Diesen Zusammenhang hat ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Technischen Universität München (TUM) erstmals belegt. In ihrer im Fachjournal PLoS ONE veröffentlichten Studie werteten die Forschenden Patentanmeldungen und -zitierungen im Zeitraum von 1900 bis 2015 in rund 160 Ländern aus und setzen sie mit den Indikatoren des Academic Freedom Index ins Verhältnis. Da der globale Grad der Wissenschaftsfreiheit in den vergangenen zehn Jahren zurückgegangen ist, prognostizieren die Forschenden einen Verlust an Innovationsfähigkeit.

Quelle: TUM

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Wenn Weibchen auf ungeschlechtliche Fortpflanzung umstellen

Die als "Amazonen" bekannten Braunalgen-Feldpopulationen im Japanischen Meer bestanden überraschenderweise ausschließlich aus Weibchen. Foto und (c): Dr. Masakazu Hoshino

Forschende haben die Ursachen und Folgen der Fortpflanzung ohne Männchen bei Braunalgen analysiert. Sie entdeckten Populationen weiblicher Braunalgen, die sich aus unbefruchteten Gameten fortpflanzen und ohne Männchen gedeihen. Wie das Team des Max-Planck-Instituts für Biologie Tübingen und der Universität Kobe in der Fachzeitschrift Nature Ecology and Evolution schildern, nutzten sie "Amazonen"-Algen, um die phänotypischen und genetischen Folgen des Übergangs von sexueller zu ungeschlechtlicher Fortpflanzung zu beleuchten.

Quelle: MPI für Biologie Tübingen

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Abholzung verschärft den Klimawandel in tropischen Bergregenwäldern

Abholzung in tropischen Bergwäldern lässt die Lufttemperatur ansteigen, weshalb die Wolken höher fliegen. Dadurch können die Bergwälder wie hier am Kilimandscharo deutlich weniger Wasser ‚auskämmen‘, wodurch sich der Klimawandel verschärft. Foto: Andreas Hemp (Uni Bayreuth)

Die Bergwälder in Afrika stehen durch die zunehmende Entwaldung durch den Menschen deutlich unter Stress. Und der Klimawandel setzt dem noch eins drauf: Wie Geograph*innen herausgefunden haben, sind die afrikanischen Bergwälder in den letzten zwei Jahrzehnten um rund 20 Prozent geschrumpft. Dadurch stieg die durchschnittliche Lufttemperatur, und die umgebenden Wolken liegen über 230 Meter höher. In Bergregionen wie am Kilimandscharo können die Wälder dadurch deutlich weniger Wasser aus den Wolken „auskämmen“. „Das hat weitreichende Konsequenzen für den Wasserhaushalt und die Biodiversität in Afrika“, kommentiert Dr. Dirk Zeuss vom Fachbereich Geographie der Philipps-Universität Marburg die Ergebnisse einer Studie mit internationaler Forschungsbeteiligung. Darüber brichten die Forschenden im Fachmagazin Nature Communications.

Quelle: Uni Marburg

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Expansion der Agrarflächen gefährdet Klima und Biodiversität

Nahrung, Futtermittel, Faserstoffe und Bioenergie: Die Nachfrage nach landwirtschaftlichen Rohstoffen steigt. Wie lassen sich zusätzliche Anbauflächen mit dem Naturschutz vereinbaren? Forschende der Ludwig-Maximilians-Universität München, der Universität Basel und des Helmholtz-Centre for Environmental Research haben ein Landnutzungsmodell entwickelt, das Antworten liefert, und im Fachmagazin Nature Sustainability veröffentlicht.

Quelle: Uni Basel

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Anpassung an extreme Klimazonen ermöglicht unerwartete Pflanzenvielfalt

Patagonische Steppe in Argentinien. Foto: Juan José Gaitán

In einer großen internationalen Studie haben Wissenschaftler*innen untersucht, wie sich Pflanzen in Trockengebieten an diese extremen Lebensräume angepasst haben. Acht Jahre lang sammelten über 120 Forschende aus 27 Ländern - darunter Dr. Pierre Liancourt, Pflanzenökologe am Staatlichen Museum für Naturkunde Stuttgart (SMNS) - Proben von zahlreichen, ausgewählten Trockengebieten auf sechs Kontinenten. Dies ermöglichte die Analyse von über 1300 Beobachtungsreihen und mehr als 300 Pflanzenarten. Die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass Pflanzen in Trockengebieten verschiedenste Anpassungsstrategien anwenden. Diese Vielfalt nimmt überraschenderweise mit dem Grad der Trockenheit zu.

Quelle: SMNS

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Caripe 8: Veterinär-Team identifiziert neuen Anti-Krebswirkstoff

Mit Caripe 8 identifizierte nun ein von der Veterinärmedizinischen Universität Wien geleitetes Forschungsteam einen bislang unbekannten, neuen Wirkstoff. Gefunden wurde das potenzielle Krebsbehandlungsmittel in der Brechwurzel (Carapichea ipecacuanha), einer in den tropischen Regenwäldern Süd- und Mittelamerikas heimischen Pflanze. Laut den Forschenden zeigt die Substanz eine doppelte Wirkung: Das pflanzliche Peptid unterstützt die Aktivität der natürlichen Killerzellen und wendet sich gleichzeitig direkt gegen Krebszellen, wie sie im Fachmagazin Biomedicine & Pharmacotherapy darlegen.

Quelle: Veterinärmedizinische Universität Wien

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Waldmonitor zeigt, wie es um den Zustand des deutschen Walds bestellt ist

Laut UFZ-Waldzustandsmonitor waren im Harz im Jahr 2022 52 Prozent des Waldes insgesamt und insbesondere 76 Prozent der Nadelbäume schwer geschädigt. Im Jahr 2017 waren es lediglich 9 Prozent des Waldes und 8 Prozent der Nadelbäume. Grafik: UFZ-Waldzustandsmonitor / Datenquelle: ESA (Copernicus Sentinel-2)

Große Teile des deutschen Waldes zeigten infolge der extremen Dürreperiode der letzten Jahre nach Angaben des Bundeslandwirtschaftsministeriums (BMEL) eine Zunahme von Schädigungen. Allerdings gibt es kaum verlässliche Daten dazu, wie sich der Zustand der Wälder konkret auf der Fläche verändert. In einer im Fachjournal Remote Sensing of Environment veröffentlichten Studie beschreibt ein vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) koordiniertes Forschungsteam, wie sich Aussagen zum Waldzustand in Deutschland basierend auf Satellitendaten treffen lassen. Diese Informationen sind Grundlage für den neuen UFZ-Waldzustandsmonitor, der den Zustand von Waldflächen als Karten mit einer räumlichen Auflösung von 20 Metern darstellt.

Quelle: UFZ

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Pflanzen brauchen Jahrmillionen, um sich von Klimaschocks zu erholen

Katastrophale Vulkanausbrüche führten in der Erdgeschichte wiederholt zu massiven Klimaerwärmungen, da grosse Mengen an Treibhausgasen in die Atmosphäre gelangten. Dies löste rasche Klimaerwärmungen aus, die in Extremfällen zu Massenaussterben von Arten an Land und in den Ozeanen führten. Diese Phasen extremen Vulkanismus könnten den Kohlenstoffkreislauf und damit das Klima für Millionen von Jahren gestört haben, zeigen Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) in einer neuen Studie in der Fachzeitschrift Science. Nach geologischen Ereignissen wie Perioden von besonders ausgeprägtem Vulkanismus, die eine starke Klimaerwärmung zur Folge haben, erholt sich die Vegetation der Erde nur sehr langsam. Dies zeigten Forschende anhand eines Modells, das es ihnen erlaubte, weit zurück in die Erdgeschichte zu schauen. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass der derzeitige, vom Menschen verursachte Klimawandel für die pflanzlichen Ökosysteme und das Klima langfristige Risiken birgt. Vegetationsveränderungen beeinflussen auch das natürliche Regulierungssystem von Kohlenstoffkreislauf und Klima. Es dauert daher länger als angenommen, bis sich wieder ein stabiles Klimagleichgewicht einstellt.

Quelle: ETH Zürich

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Wie Bäume extreme Hitze bewältigen

Licor-Gerät im Wald aus Kermes-Eichen (Quercus coccifera) in Spanien (Valencia). Foto: Charlotte Grossiord

Extreme Hitzewellen nehmen zu. Ab wann wird es für Waldbäume kritisch? Im extrem heissen Sommer 2023 untersuchte dies in der Schweiz, Südfrankreich und in Spanien ein von der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) und der ETH Lausanne (EPFL) geleitetes Forschungsteam. Die Ergebnisse zeigen, dass die Eichen verblüffende Temperaturen aushalten. "Die obersten Blätter der Kronen erreichten im August Temperaturen von bis zu 50 Grad Celsius, was ziemlich unglaublich ist", sagt Studienleiterin Charlotte Grossiord, Waldökologin an der WSL und der EPFL. Dies bei einer Lufttemperatur von "nur" rund 40 bis 42 Grad. "Wir sahen, dass die kritischen Temperaturen [im Experiment] erst bei fast 50 Grad Celsius beginnen", sagt Grossiord. Die Eichen in Frankreich und Spanien ertragen bis 51 respektive 53 Grad Celsius Blatttemperatur, die Traubeneichen in der Schweiz mit 59 Grad Celsius sogar noch mehr. Die Studie war am 2. August im Fachmagazin Global Change Biology erschienen.

Quelle: WSL beim idw

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Nur „unterstützte Migration“ von Bäumen erhält Klimaschutzfunktion europäischer Wälder

Trockenheit wirkt sich unterschiedlich auf junge Buchenpflanzen aus. Foto und (c): Tomasz Czajkowski, Thünen-Institut

Einfach mehr Bäume zu pflanzen, um den Klimawandel wirksam zu bekämpfen und die Wälder als die Kohlenstoffsenke zu erhalten, reicht nicht aus, zeigt eine Studie im Fachmagazin Nature Climate Change. Das internationale Forschungsteam unter Leitung des österreichischen Bundesforschungszentrums für Wald (BFW) mit Beteiligung des Thünen-Instituts für Waldökosysteme betont die entscheidende Rolle der „unterstützten Migration“. Dabei handelt es sich um eine Strategie der Waldbewirtschaftung, bei der Baumarten und Samenherkünfte auch aus entfernten Regionen ausgewählt werden, weil sie am besten an die künftigen Klimabedingungen angepasst sind.

Quelle: Thünen

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Hoher Artenverlust in Berlin

Kreuzspinne in Berlin. Foto und (c): Frederik Griesbaum, MfN

Ein Team hat den Verlust einzelner Arten in Berlin untersucht: Die Ergebnisse des Forschungsclusters NaturBerlin am Museum für Naturkunde (MfN) belegen einen Artenverlust von 16 % seit Ende des 17. Jahrhunderts und zeigen, dass der Artenverlust sowohl von der zunehmenden Verstädterung als auch von der Größe des Gebietes abhängt. Keine der untersuchten 1.433 aus Berlin verschwundenen Arten ist weltweit ausgestorben, so dass die Möglichkeit einer Wiederansiedlung bestehen bleibt. Im gleichen Zeitraum siedelten sich fast 450 gebietsfremde Arten durch den Einfluss des Menschen in Berlin an, berichtet das Team im Fachjournal Ecology and Evolution.

Quelle: MfN

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Erstnachweis: Von Landwirtschaft gefürchtetes Bakterium befällt neben Zuckerrübe und Kartoffel auch Zwiebeln

Die Schilfglasflügelzikade überträgt die bakteriellen Erreger der SBR-Krankheit auf Zuckerrüben und Kartoffeln. Foto: Eva Therhaag, JKI

Forschende weisen erstmals den bakteriellen Erreger der SBR-Krankheit (Syndrom Basses Richesses) in Zwiebeln nach - das Proteobakterium mit dem Namen Candidatus Arsenophonus phytopathogenicus. Als Überträgerinsekt steht die Schilf-Glasflügelzikade unter Verdacht. Sie überträgt den Erreger bereits auf Zuckerrübe und Kartoffel, wo die Infektion zu Qualitäts- und Ertragseinbußen führt, wie ein Forschungsteam vom Julius Kühn-Institut (JKI) gemeinsam mit dem Pflanzenschutzdienst Hessen im Fachjournal Plant Disease Note berichtet.

Quelle: JKI

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Extensiv genutztes Grünland kommt besser mit Klimawandel zurecht

Artenreiche, extensiv bewirtschaftete Mähwiese in der GCEF, dem Klima- und Landnutzungs-Experiment des UFZ. Foto: André Künzelmann, UFZ

Der Klimawandel wird die Artenvielfalt und Produktivität von Wiesen und Weiden künftig deutlich beeinflussen. Doch wie groß diese Veränderungen ausfallen, hängt von der Bewirtschaftung ab. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie, für die ein Team vom UFZ Daten aus dem großen Klima- und Landnutzungsexperiment GCEF (Global Change Experimental Facility), das seit zehn Jahren am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) betrieben wird, ausgewertet hat. Auf Hochleistung getrimmtes Grünland reagiert demnach deutlich empfindlicher auf Dürreperioden als weniger intensiv genutzte Wiesen und Weiden. Das kann durchaus wirtschaftliche Konsequenzen für die betroffenen Landwirtschaften haben, warnen die Forscherinnen und Forscher im Fachjournal Global Change Biology.

Quelle: UFZ

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Mangrovenpflanzungen speichern in bis zu 40 Jahren 75% des Kohlenstoffs natürlicher Mangrovenwälder

Angepflanzte Mangroven in der Segara Anakan Lagune im Süden der indonesischen Insel Java. Foto: Tim Jennerjahn, ZMT

Angepflanzte Mangrovenwälder können in 20 bis 40 Jahren 75 Prozent des Kohlenstoffs natürlich vorkommender Bestände binden. Das zeigt eine Studie unter Mitwirkung des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT), die jetzt im Fachjournal Science Advances veröffentlicht wurde. Dazu hatte ein internationales Team von 24 Forschenden aus 12 Ländern untersucht, ob angepflanzte Mangroven den Kohlenstoffbestand, also die in der Biomasse und dem Boden eines Mangrovenökosystems gespeicherte C-Menge, natürlich vorkommender Bäume erreichen können und wie lange dies dauert. Die Analyse des internationalen Forschungsteams, geleitet von der US-amerikanischen Forstverwaltung (USFS), gibt neue Einblicke in das Potenzial von Mangroven-Aufforstung für den Klimaschutz.

Quelle: ZMT

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Algen statt Korallen - Riffinsel vor Makassar passt sich an

Nah am Meeresspiegel: Die Insel Langkai liegt knapp 1,8 Meter über dem mittleren Meeresspiegel. Immer wieder tragen Wellen Sediment vom Strand ab und spülen neues Sediment auf. Darum ist eine kontinuierliche Lieferung von neuem Material wichtig. Foto: Dominik Kneer, Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)

Obwohl sie von geschädigten Korallenriffen umgeben ist, ist eine Riffinsel im indonesischen Spermonde Archipel nicht geschrumpft, sondern weitergewachsen. Riffinseln reagieren demnach dynamisch auf Umweltveränderungen, die ihre Riffsysteme stören. Das legt eine neue Studie im Fachmagazin Sedimentary Geology von Forschenden des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) in Bremen nahe, die die Zusammensetzung der besiedelten Riffinsel Langkai vor Makassar untersucht und den Verlauf der Küstenlinie der Insel seit 1999 rekonstruiert haben. Dazu hatten Wissenschaftler*innen mehr als 50 Sedimentkerne von der Insel entnommen und sie im Labor auf ihre Zusammensetzung und die Veränderung durch die Zeit untersucht. „Tatsächlich haben wir in den Sedimenten, die sich im Laufe der letzten Jahrzehnte entlang der Küste von Langkai abgelagert hatten, weniger Skelettstücke von Korallen entdeckt,“ erklärt Yannis Kappelmann, Doktorand in der Arbeitsgruppe Geoökologie und Karbonatsedimentologie. „Deutlich größer war dafür der Anteil der kalkbildenden Grünalge Halimeda – ein Zeichen, dass die Riffe um Langkai infolge der veränderten Umweltbedingungen nunmehr von Algen dominiert werden.“

Quelle: ZMT

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Wie sich pflanzliche Kältespezialisten an die Umwelt anpassen können

Löffelkräuter in den spanischen Pyrenäen auf etwa 2.000 Metern Höhe. Foto: Marcus A. Koch

Welchen Einfluss die Duplikation des Genoms auf das Anpassungspotential von Pflanzen hat, haben Forschende der Universitäten Heidelberg, Nottingham und Prag haben anhand der Löffelkräuter (Cochlearia excelsa) untersucht. Die in der Fachzeitschrift Nature Communications publizierten Ergebnisse zeigen, dass Polyploide – Arten mit mehr als zwei Chromosomensätzen – eine Anhäufung von strukturellen Mutationen mit Signalen für eine mögliche lokale Anpassung aufweisen können. Sie sind damit in der Lage, immer wieder von Neuem ökologische Nischen zu besetzen.

Quelle: Uni Heidelberg

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Zukünftiger Stickstoffbedarf im Weizenanbau kalkuliert

In einem letzte Woche veröffentlichten Beitrag in der Fachzeitschrift Nature Plants konnten die Autorinnen und Autoren anhand von Simulationsexperimenten zeigen, dass in den kommenden Jahren die Düngung mit Stickstoff im Weizenanbau bis um das Vierfache ansteigen muss, um das Ertragspotential der Sorten für die Versorgung der wachsenden Weltbevölkerung auszuschöpfen. Diese erhöhte Stickstoffmenge würde allerdings negative Auswirkungen auf die Ökosysteme in der Agrarlandschaft mit sich bringen. Forschende des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) waren an der Studie beteiligt.​​

Quelle: ZALF

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Neu beschriebenes Bakterium macht Hoffnung auf Bekämpfung des Eschentriebsterbens

In einer Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift Systematic and Applied Microbiology erschienen ist, beschreiben Forschende ein Bakterium, das als aussichtsreicher Kandidat bei der biologischen Kontrolle gegen das Eschentriebsterben gilt. Seit Anfang der 1990er Jahre werden Eschen (Fraxinus excelsior) massiv von einem Pilz befallen, der Äste und Triebe sowie letztlich den gesamten Baum absterben lässt. Trotz intensiver Bemühungen ist es der Forschung bisher noch nicht gelungen, wirksame Bekämpfungsmaßnahmen zu finden. Das von Forschenden des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) neu beschriebene Bakterium Schauerella fraxinea könnte ein aussichtsreicher Kandidat für die biologische Kontrolle der Krankheit werden.

Quelle: ZALF

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Mit Pflanzen-App die Folgen des Klimawandels verstehen

Mithilfe der App Flora Incognita lassen sich Pflanzen unkompliziert mit dem Smartphone bestimmen. Foto: Flora Incognita

Ein Forschungsteam hat einen Algorithmus entwickelt, der Beobachtungsdaten der App Flora Incognita analysiert. Daraus lassen sich ökologische Muster ableiten, die Aufschluss über die Auswirkungen des Klimawandels auf die Pflanzenwelt geben. Die Studie unter der Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Universität Leipzig wurde im Fachmagazin Methods in Ecology and Evolution veröffentlicht.

Quelle: iDiv

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Komplettes Erbgut und Gift-Gene der Mikroalge der Oder-Katastrophe entschlüsselt

Ein Schwarm von Prymnesien (aus einer Zellkultur des IGB) befällt eine zugegebene Kieselalge. Die Mikroalgen lysieren diese, um den aufgelösten Zellinhalt aufzunehmen. Aufnahme: Karla Münzner, IGB

Forscherinnen und Forscher haben das Erbgut der Mikroalge mit dem wissenschaftlichen Sammelnamen Prymnesium parvum, oft auch ‚Goldalge‘ genannt, sequenziert. Dabei konnten sie die Gensequenzen ausmachen, die für die Giftbildung verantwortlich sind. Die Studie unter Leitung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) wurde in der Fachzeitschrift Current Biology veröffentlicht. Im Sommer 2022 verendeten in der Oder rund 1.000 Tonnen Fische, Muscheln und Schnecken. Die Katastrophe war zwar vom Menschen verursacht, doch die unmittelbare Todesursache war das Gift der Mikroalge  Prymnesium parvum. Seitdem haben sich diese Einzeller dauerhaft in der Oder angesiedelt.

Quelle: IGB

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Schädigung der Tropenwälder durch Menschen größer als angenommen

Waldzerstörung durch selektive Abholzung, Feuer und Randeffekte. Foto: Clement Bourgoin, 2018

Tropenwälder sind für den Schutz der biologischen Vielfalt und des Klimas unerlässlich. Ihr Bestand geht durch Abholzung und Umwandlung für die Landwirtschaft, den Bergbau oder Infrastruktur zurück. Oft wird aber übersehen, dass auch die verbleibenden Wälder durch menschliche Einflüsse kontinuierlich fragmentiert und geschädigt werden. Mittels Fernerkundungsdaten und modernsten Methoden der Datenanalyse haben Forschende u.a. des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie nun erstmalig einen Überblick über das Ausmaß und die langfristigen Auswirkungen der Schädigung feuchter Tropenwälder gewonnen. Ihre in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Studie zeigt, dass die Auswirkungen dieser Schädigung größer sind als bisher angenommen.

Quelle: MPI für Biogeochemie beim idw

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Landwirtschaft der Zukunft: Studie zeigt enormes Potenzial von Permakultur

Permakultur ist eine nachhaltige Form der Landwirtschaft. Mit dem Wechselspiel aus Hügelbeeten, Teichen und Gehölzen bietet sie in diesem Beispiel neben Lebensmitteln auch viele Ökosystemdienstleistungen und Lebensraum für Tiere und Pflanzen. Foto: Thomas Baumann, CC-BY-NC

Eine Studie hat erstmals im größeren Umfang gezeigt, dass Permakultur in der Landwirtschaft eine deutliche Verbesserung für Biodiversität, Bodenqualität und Kohlenstoffspeicherung mit sich bringt. Angesichts der Herausforderungen von Klimawandel und Artensterben könnte diese Art der Kultivierung demnach eine echte Alternative für den konventionellen Anbau sein – und Umweltschutz und ertragreiche Landwirtschaft unter einen Hut bringen. Das berichten Forschende der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) gemeinsam mit der BOKU University im Fachmagazin Communications Earth & Environment.

Quelle: RPTU

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Gräser im Nebel: Pflanzen sorgen für Leben in der Wüste

Das Namib-Dünen-Buschmanngras Stipagrostis sabulicola kann Feuchtigkeit in Form von Nebel und Tau aus der Luft kondensieren. Foto: Senckenberg

Die Rolle des Wüstengrases Stipagrostis sabulicola in der afrikanischen Namib-Wüste haben Forschende untersucht. In einer Studie zeigen sie, dass die Pflanze in der Lage ist Feuchtigkeit aus Nebelereignissen aufzunehmen und so eine essenzielle Grundlage eines – insgesamt unerwartet komplexen – Nahrungsnetzes in der von Dürre geprägten Landschaft darstellt. Die Ergebnisse der Forschenden vom Senckenberg Centre for Human Evolution and Palaeoenvironment (SHEP) an der Universität Tübingen und dem Senckenberg Museum für Naturkunde in Görlitz erschienen im Fachjournal Scientific Reports.

Quelle: Senckenberg

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Blütenpflanzen entwickelten sich explosionsartig in enormer Vielfalt

Wie eine internationale Studie von 279 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus 27 Ländern zeigt, haben sich die Blütenpflanzen zu einem frühen Zeitpunkt explosionsartig in einer enormen Vielfalt entwickelt. Schon in der frühen Kreidezeit vor 130 Millionen Jahren waren mehr als 80 Prozent der heute existierenden Ordnungen der Angiospermen vorhanden. Im Datensatz befinden sich auch jahrhundertealte Herbarblätter, darunter auch Pflanzenarten, die seit langem als ausgestorben gelten. Mittels einer verbesserten Technologie für DNA-Sequenzierung, entschlüsselten die Forschenden von jeder dieser Pflanzen 353 Gene aus dem Kerngenom. Der Stammbaum der Pflanzen wurde mit über 200 Fossilien „kalibriert“. Dr. Marc Appelhans, Kurator des Herbariums der Universität Göttingen, war als Spezialist für die Zitrusgewächse Teil des Projektes. Die Ergebnisse der Studie sind im April in der Fachzeitschrift Nature erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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So kommen Algen an Stickstoff zum Wachsen

Die den Rhizobien-zugehörigen stickstofffixierenden Symbionten (mit fluoreszierenden Gensonden markiert in orange und grün) befinden sich innerhalb von Kieselalgen, die im tropischen Nordatlantik gesammelt wurden. Foto: Mertcan Esti, Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie Bremen

In einer neuen Studie haben Wissenschafter*innen des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie, des Alfred-Wegener-Instituts und der Universität Wien eine bisher unbekannte Partnerschaft entdeckt: Eine marine Kieselalge und ein Bakterium, die gemeinsam für einen großen Teil der Stickstoff-Fixierung im Ozean verantwortlich sein können. Es zeigte sich, dass diese Lebensgemeinschaft in den Weltmeeren weit verbreitet ist. Diese winzigen Organismen spielen also wahrscheinlich eine Hauptrolle bei der weltweiten marinen Stickstoff-Fixierung und sind daher entscheidend, um die Produktivität der Meere und die globale Aufnahme von Kohlendioxid durch den Ozean zu gewährleisten. Der neu beschriebene, bakterielle Symbiont ist eng verwandt mit den stickstoff-fixierenden Rhizobien, die mit vielen Kulturpflanzen zusammenleben. Diese Entdeckung könnte also auch neue Wege für die Entwicklung von stickstoff-fixierenden Pflanzen eröffnen. Die Ergebnisse wurden in der aktuellen Print-Ausgabe des Fachmagazins Nature veröffentlicht.

Quelle: Uni Wien

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Analyse neuweltlicher Seidenpflanzengewächse beschreibt 55 Arten

Orthosia retinaculata (Schltr.) Liede & Meve. Foto: H.A. Keller, Facultad de Ciencias Forestales, Universidad Nacional de Misiones, Instituto de Botánica del Nordeste, Corrientes

Klein, aber detailreich sind Blüten der Gattung Orthosia, für die Forschende der Pflanzensystematik an der Universität Bayreuth nun nach jahrzehntelanger Bearbeitung erstmals einen vollständigen Überblick vorgelegt haben. Insgesamt konnten 55 Arten abgegrenzt und beschrieben werden, doppelt so viele wie erwartet. Die Ergebnisse stellt das Team im Fachmagazin Annals of the Missouri Botanical Garden vor.

Quelle: Uni Bayreuth

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Acker-Unkräuter helfen bei der Schädlings-Bekämpfung

Dr. Séverin Hatt (Bild) hat zusammen mit Prof. Dr. Thomas Döring die Auswirkung von Misch-Anbau, Blühstreifen und Unkräutern auf den Schädlingsbefall untersucht. Foto: Uni Bonn

Um Schädlinge auf dem Acker zu bekämpfen, kann es helfen, einige Unkräuter zwischen den Feldpflanzen stehen zu lassen. In diese Richtung deutet zumindest eine aktuelle Studie der Universität Bonn. Besonders positive Effekte erzielte dieser Schritt in Kombination mit weiteren Maßnahmen: dem gleichzeitigen Anbau verschiedener Pflanzen und der Anlage von Blühstreifen. Die Ergebnisse sind nun im Journal of Pest Science erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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"Stickstoff-Fühler": Wie Algen ihr Zellwachstum optimieren

Anja Hemschemeier untersucht die detaillierten Prozesse, die in Algen ablaufen. Foto und (c): RUB, Anja Hemschemeier untersucht die detaillierten Prozesse, die in Algen ablaufen. Foto und (c): Marquard, RUB

Eine bislang rätselhafte Verlängerung an einem stärkeabbauenden Enzym könnte bei Algen eine Art Fühler sein, wie viel Stickstoff gerade vorhanden ist. Gibt es davon reichlich, setzen die Algenzellen schnell viele Bausteine für ihr Wachstum frei. Das Boschumer Forschungsteam um Privatdozentin Dr. Anja Hemschemeier und Dr. Lisa Scholtysek aus der Photobiotechnologie-Gruppe an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) berichtet in der Zeitschrift Plant Direct über ihre Studie an der Alpha-Amylase aus der Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii.

Quelle: RUB

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Abläufe im Photosystem II mithilfe neuartiger elektronenmikroskopischer Verfahren entschlüsselt

Die atomaren Interaktionen in der Proteinstruktur des Photosystems II hat ein internationales Forschungsteam mithilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie in einer noch nie dagewesenen Auflösung auf Nanometer-Ebene sichtbar gemacht. Damit liefert es einen Schlüssel zur Aufklärung grundlegender biochemischer Prozesse, der über die Photosynthese hinaus auch für andere Forschungsdisziplinen wichtig ist. Die Ergebnisse stellt das Team von Wissenschaftler*innen der Humboldt-Universität zu Berlin (HU), der schwedischen Universitäten Umeå und Uppsala sowie der Universität Potsdam im Fachmagazin Science vor.

Quelle: HU Berlin

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Verminderung von Algenblüten reduziert krankheitserregende Vibrionen in der Ostsee

Krankheitserregende Bakterien der Art Vibrio vulnificus lassen sich in der Ostsee über die Reduzierung von Algenblüten teilweise kontrollieren. Zu diesem Schluss kommen die Mikrobiologen David Riedinger und Matthias Labrenz vom Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) in einer ostseeweit angelegten Studie über Vibrio vulnificus. Die Ergebnisse wurden nun in der Fachzeitschrift Communications Earth & Environment veröffentlicht.

Quelle: IOW

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Welches Kraut gegen Klimaveränderungen gewachsen ist

Ein Halbtrockenrasen im Jenaer Pennickental diente in der aktuellen Studie als Versuchsfläche. Foto: Till Deilmann, Uni Jena

Botanische Gärten beherbergen Pflanzen aus aller Welt und sind daher für Forschende ideale Untersuchungsplattformen, um herauszufinden, wie unterschiedliche Pflanzen auf Veränderungen – etwa in Folge des Klimawandels – reagieren. Zahlreiche wissenschaftliche Studien werden mittlerweile in Kooperation mit Botanischen Gärten durchgeführt, so auch im Projekt „PhenObs“ des Integrativen Zentrum für Biodiversitätsforschung Halle-Jena-Leipzig (iDiv). In einer aktuellen Studie , die im Fachmagazin Ecology and Evolution erschien, hat ein Team der Universität Jena jetzt zeigen können, dass die in Botanischen Gärten zu beobachtende Anpassungsfähigkeit von Arten auch Rückschlüsse auf natürliche Umgebungen ermöglichen, wie die Forschenden um Prof. Dr. Christine Römermann vom Institut für Ökologie und Evolution berichten. Die gemeinsame Studie mit iDiv belegt den Wert von Botanischen Gärten für Untersuchungen zur Anpassungsfähigkeit von Pflanzen an den Klimawandel

Quelle: Uni Jena

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Insekten beschleunigen die Evolution von Pflanzen

Die hummelbestäubten Experimentalpflanzen zeigten die deutlichsten Unterschiede auf Kalkboden (rechts) und Tuffboden (links). Foto: UZH

Ein Forschungsteam hat herausgefunden, dass Pflanzen von verschiedenen Interaktionen mit Bestäubern und Pflanzenfressern profitieren. So sind Pflanzen, die von Insekten bestäubt werden und sich gegen Fressfeinde wehren müssen, evolutionär besser an verschiedene Bodentypen angepasst. Die Ergebnisse hat das Team der Universität Zürich (UZH) in zwei Publikationen m Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: UZH

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Künstliches Nachtschatten-Molekül wirkt gegen Leukämiezellen

Nachtschattengewächse, wie etwa die Kartoffel, Tomate oder Aubergine, enthalten viele medizinisch interessante Wirkstoffe. Aus einer Gruppe davon, den Withanoliden, haben Forschende am CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften nun eine künstliche Variante identifiziert, die hochspezifisch gegen Leukämiezellen wirkt. Modernsten chemischen und genetischen Hochdurchsatzanalysen gelang dem Team um Georg Winter nicht nur, die Wirksamkeit zu bestätigen, sondern auch den Wirkmechanismus aufzuklären: Das Molekül stört den Cholesterin-Stoffwechsel der Tumorzellen. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Nature Chemical Biology publiziert.

Quelle: CeMM

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KI zeigt, wie Ackerpflanzen sich entwickeln werden

Die Software wird mit Fotos von verschiedenen Wachstumsstadien (links) trainiert. Danach kann sie auf Basis eines einzelnen Ausgangsfotos von einem anderen Feld modellieren, wie sich die Kultur entwickeln wird. Grafik: Lukas Drees, Uni Bonn

Forschende der Universität Bonn haben eine Software entwickelt, die das Wachstum von Ackerpflanzen simulieren kann. Dazu fütterten sie einen lernfähigen Algorithmus mit Tausenden von Fotos aus Feldexperimenten. Das Verfahren lernte dadurch, auf Basis eines einzigen Ausgangsbildes die zukünftige Entwicklung angebauter Pflanzen zu visualisieren. Anhand der bei diesem Prozess erzeugten Bilder lassen sich Parameter wie die Blattfläche oder auch der Ertrag treffsicher abschätzen. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Plant Methods erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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Wie sich Samenkörner in den Ruhezustand versetzen

Um den widrigen Bedingungen des mediterranen Sommers zu entgehen, verzögern manche Samen ihre Keimung bis die heißen und trockenen Zeiten vorbei sind. Anhand des Pflanzenmodells Aethionema arabicum hat ein Forschungsteam zum ersten Mal einen lichtinduzierten Mechanismus beschrieben, der eine sekundäre Samenruhe im Sommer bewirkt. Die Ergebnisse um Zsuzsanna Mérai aus der Gruppe von Liam Dolan am Gregor-Mendel-Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) wurden im Fachjournal Current Biology veröffentlicht.

Quelle: GMI

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Die Kunst des Gleichgewichts – ein Balanceakt der pflanzlichen Immunantwort

Eine neue Studie in der Zeitschtrift Nature hat gezeigt, dass entscheidende pflanzliche Immunmoleküle sich untereinander in einen Verbund verpacken und auf diese Weise vor unerwünschter Aktivierung geschützt werden. Das berichtet ein Team um unter der Leitung von Jijie Chai von der Westlake University in China und Paul Schulze-Lefert vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln.

Quelle: MPIPZ

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Neue genetische Uhr entdeckt älteste bekannte Meerespflanze: Seegrasklon ist mehr als 1.400 Jahre alt

Die Seegraswiese der Ostsee ist keine Population, sondern ein Klon. Foto: Pekka Tuuri

Ein internationales Forschungsteam hat mit Hilfe einer neuartigen genetischen Uhr die älteste bisher bekannte Meerespflanze entdeckt. Es handelt sich um einen 1.400 Jahre alten Seegras-Klon aus der Ostsee, der aus der Zeit der Völkerwanderung stammt. Das Forschungsprojekt ist ein wichtiger Schritt zum besseren Verständnis und zum Schutz mariner Ökosysteme. Die Studie unter der Leitung von Professor Dr. Thorsten Reusch vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel ist heute in der Fachzeitschrift Nature Ecology and Evolution erschienen.

Quelle: GEOMAR

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Etablierung von Kirschlorbeer in mitteleuropäischen Wäldern

Prunus laurocerasus verbreitet sich in mitteleuropäischen Wäldern, hier in einem Wald in Baden-Württemberg. Foto: Stefan Abrahamczyk

Der Kirschlorbeer (Prunus laurocerasus) ist eine der beliebtesten Gartenpflanzen und wird vor allem als Heckenpflanze eingesetzt, da die Art immergrün ist und sehr dicht wächst. Genau diese Merkmale machen den Kirschlorbeer allerdings zum potentiellen Problem, wenn er sich in heimischen Wäldern etabliert, da er möglicherweise andere Arten verdrängt. In einer Studie analysierte Dr. Stefan Abrahamczyk, Botaniker am Naturkundemuseum Stuttgart (SMNS), gemeinsam mit Wissenschaftler*innen der Universität Bonn die Verbreitung der Pflanze im Kottenforst, einem großen Waldgebiet bei Bonn. Die Daten zeigen, dass sich der Kirschlorbeer hier etabliert, was auch in anderen mitteleuropäischen Wäldern zu beobachten ist. Dabei begünstigt der Klimawandel die starke Verbreitung der Art. Die Ergebnisse der Untersuchung wurden nun in einem Artikel in der Fachzeitschrift Biological Invasions veröffentlicht.

Quelle: SMNS

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Johanniskräuter: wichtige Schritte der Biosynthese entdeckt

Extrakte des Echten Johanniskrauts dienen der Behandlung von Depressionen. Verwendet werden die blühenden Zweigspitzen. Foto: Ludger Beerhues, TU Braunschweig

Das Echte Johanniskraut gehört zu den bekanntesten Arzneipflanzen. Weltweit gibt es über 500 Arten. Ihre komplexen Inhaltsstoffe haben vielversprechende medizinische Eigenschaften. Allerdings sind ihre Isolierung und Synthese schwierig. Am Institut für Pharmazeutische Biologie der Technischen Universität Braunschweig haben Wissenschaftler*innen zwei neuartige Enzyme nachgewiesen, die alternative Molekülvarianten bilden. Das eröffnet die Chance, die komplexen Inhaltsstoffe biotechnologisch zu gewinnen. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nature Communications.

Quelle: TU Braunschweig beim idw

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Artenreichtum in der Land(wirt)schaft

Die biologische Vielfalt in Agrarökosystemen profitiert von einer vielfältigen Umgebung mit einer hohen Zahl an Feldfrüchten, darunter auch Bienen und andere Nützlinge wie Laufkäfer und Spinnen. Foto: Mareike Oponczewski

Intensive Landwirtschaft gilt als eine Ursache des weltweiten Artensterbens. Eine vielfältige Landschaft kann jedoch die Biodiversität auf dem Acker erheblich fördern. Zu diesem Schluss kommt ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU), das Studien aus Europa, Asien, Nord- und Südamerika analysiert hat. Demnach profitieren zahlreiche Wildtier- und -pflanzenarten auf landwirtschaftlichen Feldern von einer vielfältigen Umgebung mit einer hohen Zahl an Feldfrüchten, darunter Vögel, Bienen und andere Nützlinge wie Laufkäfer und Spinnen. Die Untersuchung unter Leitung der Nanyang Technological University (NTU) in Singapur ist im Fachmagazin Ecology Letters erschienen.

Quelle: JLU

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Gemüse nimmt chemische Stoffe aus Autoreifen auf

Autoreifen enthalten hunderte von chemischen Additiven, die sich aus ihnen herauslösen können. So gelangen sie in Nutzpflanzen und anschließend in die Nahrungskette. Forscher*innen des Zentrums für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft der Universität Wien haben nun erstmals chemische Rückstände aus Reifenabrieb in Blattgemüse nachgewiesen. Die Konzentrationen waren zwar gering, der Nachweis dennoch eindeutig. Ein Befund, der etwa auch für Medikamentenrückstände in pflanzlichen Nahrungsmitteln bekannt ist. Die Studie erschien in der Fachzeitschrift Frontiers in Environmental Science.

Quelle: Uni Wien

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Aufgeklärtes Katalytisches Zentrum erleichtert Weg zu Wasserstoff aus Algenenzymen

Thomas Happe, Rieke Haas und Ulf-Peter Apfel (von links) untersuchten das katalytische Zentrum der Algen im Detail, um die Voraussetzungen für die Wasserstoffherstellung besser zu verstehen. Foto und (C): Marquard, RUB

Manche Algen sind in der Lage, unter bestimmten Bedingungen Wasserstoff herzustellen, einen begehrten grünen Energieträger. Seine Herstellung läuft im einzigartigen katalytischen Zentrum der einzelligen Algen ab und funktioniert nur, wenn auch entsprechende Kofaktoren der verantwortlichen Proteine anwesend sind. Den Zusammenbau eines solchen Kofaktors, des sogenannten Wasserstoff-Clusters, konnten Forschende der Ruhr-Universität Bochum (RUB) aufklären. Sie beschreiben insbesondere die bisher ungeklärte Rolle des Enzyms HydF, das an den letzten Schritten des Zusammenbaus beteiligt ist, in der Zeitschrift Journal of the American Chemical Society (JACS) vom 31. Mai 2024. 

Quelle: RUB

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Elternstreit im Samenkorn: Schlüsselregulatoren steuern Konflikte über Ressourcenverteilung

Das Innere sich entwickelnder Arabidopsis thaliana-Samen 4 Tage nach der Bestäubung: Während der Wildtyp-Samen nicht mit der Zellularisierung des Endosperms begonnen hat, ist der Samen mit erhöhter cARF-Aktivität bereits vollständig zellularisiert. Grafik: Nicolas Butel, MPI-MP

Die molekularen Mechanismen, welche die Samenentwicklung bei blühenden Pflanzen steuern, haben Forschende kürzlich im Fachmagazin Nature Plants vorgestellt. Die Ergebnisse der Forschenden des des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) zeigen, wie mütterliche Gene die Entwicklung des Endosperms regulieren, eines entscheidenden Gewebes in Samen, das den sich entwickelnden Pflanzenembryo ernährt und den Großteil der weltweiten Ernteerträge ausmacht.

Quelle: MPI-MP

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Kalkmagerrasen: Blütenbesuch- und Pollentransport in Kulturlandschaften

Dr. Felipe Librán-Embid bei seiner Untersuchung an Wildbienen auf Kalkmagerrasen in der Umgebung Göttingens. Foto: Felipe Librán-Embid

Ein Forschungsteam hat Wildbienen auf Kalkmagerrasen untersucht und dabei sowohl die Blütenbesuchsnetzwerke als auch die Pollentransportnetzwerke analysiert. Dabei zeigte sich, dass nicht alle Besuche der Bienen auf den Blüten automatisch auch mit Pollensammeln verbunden waren. Die Pollendaten verdeutlichten zudem, dass die Interaktionen, die nur auf einzelnen Kalkmagerrasen nachzuweisen waren, bei großer Landschaftsvielfalt zunahmen. Diese Spezialisierung der Netzwerke wird also unterschätzt, wenn nur einfach strukturierte Landschaften untersucht werden und keine Angaben zum Pollentransport vorliegen, resümiert das Team unter Leitung der Universität Göttingen über die Veröffentlichung in der Fachzeitschrift PNAS.

Quelle: Uni Göttingen

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Weniger invasive Arten in Naturräumen indigener Bevölkerungen

Aus Nordamerika in viele Regionen der Erde eingewandert, wo sie Wälder verändert: die Robinie. Foto: Franz Essl

Die Verschleppung von Tier- und Pflanzenarten in neue Regionen durch den Menschen nimmt weltweit rasant zu, wo sie zum Problem werden können: als Räuber, Konkurrenten um Nahrung und Lebensraum, als Überträger von Krankheiten oder Verdränger heimischer Arten. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU), der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung in Frankfurt am Main und der Universität Wien hat nun herausgefunden, dass es in Gebieten indigener Bevölkerungen deutlich weniger nicht-heimische Arten gibt als in vergleichbaren anderen Naturräumen. Dazu hatten die Forscherinnen und Forscher Millionen von Datenpunkten zur Verbreitung nicht heimischer Pflanzen- und Tierarten analysiert und ihre Studie in der Fachzeitschrift Nature Sustainability veröffentlicht. „Das Ergebnis war eindeutig“, sagt Dr. Aidin Niamir von Senckenberg. „Auf Gebieten indigener Bevölkerungen fanden wir ein Drittel weniger nicht einheimische Arten als in vergleichbaren Gebieten.“

Quelle: Uni Göttingen

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Salzige Böden sensibilisieren Pflanzen für eine unkonventionelle Form der toxischen Wirkung von Bakterien

Sammlung von Wurzel-assoziierten Bakterien in Kultur. Foto: Stéphane Hacquard

Wie ein einziger Metabolit Bakterien unter hohen Salzgehalten für Pflanzen toxisch machen kann, zeigt eine Studie, die jetzt in der Fachzeitschrift Nature Communications erschien. Demnach ist ein Molekül, bestehend aus einem Fettsäureschwanz, der mit Aminosäuren verbunden ist, in der Lage, Poren in Membranen zu bilden. Dies könnte erklären, warum die Toxizität des Moleküls erst bei Salzstress für die Pflanzen sichtbar wird. Till Schäberle von der Justus-Liebig-Universität und dem Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie in Gießen  ist begeistert von den Möglichkeiten, die sich aus dieser Studie für die Verbesserung der Pflanzengesundheit ergeben: "Es ist wichtig, dass wir mehr darüber lernen, wie die von Mikroben produzierten Naturstoffe die Pflanzenphysiologie beeinflussen. Dies wird es uns ermöglichen, wirksame Biologika für den Pflanzenschutz zu entwickeln." Stéphane Hacquard vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln (MPIPZ) fand es bemerkenswert, dass "ein einziges bakterielles Molekül gleichzeitig Pflanzen für osmotischen Stress sensibilisieren, die bakterielle Fähigkeit zur Besiedlung von Wurzeln fördern und das Wachstum von bakteriellen und pilzlichen Konkurrenten behindern kann."

Quelle: MPIPZ

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Seetang und Kohlenstoffspeicherung

Seetang spielt eine noch wichtigere Rolle als von der Wissenschaft bislang angenommen. Foto: Daniel Carlson, Helmholtz-Zentrum Hereon

Welche Rolle Algen bei der Speicherung von Kohlenstoff im Meer spielen, zeigt eine neue Studie. Die Forschenden schätzen, dass die weltweiten Algenwälder jedes Jahr 56 Millionen Tonnen Kohlenstoff (zwischen 10 und 170 Millionen Tonnen) in die Tiefsee transportieren. Zwischen 4 und 44 Millionen Tonnen dieses Kohlenstoffs könnten in jenen Tiefen für mindestens hundert Jahre gespeichert bleiben. Die Ergebnisse des internationalen Forschungsteams, an dem auch Forschende des Helmholtz-Zentrums Hereon beteiligt waren, wurde jetzt im Journal Nature Geoscience veröffentlicht.

Quelle: Helmholtz-Zentrum Hereon

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Review: Was Blaualgenblüten stoppen kann

Blaugrüne Algenteppiche sind typisch für Massenentwicklungen von Cyanobakterien in Seen im Sommer. Foto: Luc De Meester, IGB

Wenn blaugrüne Teppiche Flüsse und Seen überziehen, ist es mit dem Badevergnügen oft vorbei. Doch was tun gegen solche Massenentwicklungen von Cyanobakterien, umgangssprachlich auch Blaualgenblüten genannt? Bisher hat sich die Wissenschaft vor allem mit der Frage beschäftigt, unter welchen Bedingungen es zu diesem Phänomen kommen kann. Jetzt hat ein Forschungsteam unter Beteiligung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) in einer Übersichtsstudie im Fachjournal Harmful Algae zusammengetragen, welche Faktoren Algenblüten zum Abklingen bringen:

  1. Durchmischung und Starkregen können Algenblüten beenden
  2. Chemische Stoffe anderer Organismen als Waffe gegen Cyanobakterien
  3. Wenn die Cyanobakterien „krank“ werden
  4. Schicksal: Gefressen werden
  5. Konkurrenz um Licht und Nahrung

Diese für eine technische Bekämpfung zu nutzen, ist jedoch aufwändig und der Erfolg ungewiss. Vorbeugung ist daher nach wie vor die beste Methode.

Quelle: IGB

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Wurzel als Schlüssel zu dürretoleranterem Mais

Drei verschiedene Maispflanzen nach einer Dürre und anschließender Wiederbewässerung. In den beiden rechten Pflanzen wurde ein Gen ausgeschaltet, wodurch sie weniger Seminal- und mehr Lateralwurzeln bildeten. Linke Pflanze mit intaktem Gen. Foto: AG Hochholdinger, Uni Bonn

Eine internationale Studie zeigt, welche wichtige Bedeutung das Wurzelsystem von Maispflanzen für dessen Robustheit gegenüber Dürre spielt. Die Forschenden unter Federführung der Universität Bonn haben dazu mehr als 9.000 Sorten analysiert. Dabei zeigte sich, dass sich die Mais-Wurzeln stark unterscheiden - je nachdem, wie trocken der Standort ist, für den die jeweilige Sorte gezüchtet wurde. Sie konnten zudem ein Gen identifizieren, dass bei dieser Anpassung eine Rolle spielt. Möglicherweise ist es ein Schlüssel für die Entwicklung von Sorten, die mit dem Klimawandel besser zurechtkommen. Die Ergebnisse sind nun in der Zeitschrift Nature Genetics erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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Mechanismus der Ährenbildung bei Gerste

Die Studie bietet neue Einblicke in die Funktion von Mitgliedern der ALOG-Proteinfamilie bei der Regulierung der Meristem-Aktivität und der Entwicklung der Blütenstände in Gerste. Foto: T. Schnurbusch, IPK

Die Architektur der Blütenstände und die Produktivität der Pflanzen sind bei unseren wichtigsten Getreidearten oft eng miteinander verknüpft. Die genetischen Mechanismen, die die Entwicklung von Getreideblütenständen steuern, sind jedoch noch wenig bekannt. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) hat nun einen Mechanismus aufgedeckt, durch den Entwicklungssignale, die von den Meristemgrenzen ausgehen, die Ährchenentwicklung regulieren und die Blütenstandsarchitektur bei Gerste sicherstellen. Die Ergebnisse hat das Team in der Fachzeitschrift Current Biology veröffentlicht.

Quelle: IPK (pdf)

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Nährstoffverfügbarkeit bedingt Widerstandsfähigkeit von Tropenwäldern

Tropenwälder sind hochproduktive Ökosysteme, die fast die Hälfte der weltweiten Kohlenstoffsenke der Wälder ausmachen. Wenn die Tropenwälder nicht mehr in der Lage sind, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen, könnten die Auswirkungen des Klimawandels noch gravierender werden. In jüngster Zeit hat sich herausgestellt, dass diese Wälder nährstoffarm sind, was ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber saisonalen Dürren und die Geschwindigkeit, mit der sie der Atmosphäre Kohlendioxid entziehen können, beeinträchtigen kann. Diese Abläufe hat ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Göttingen im Budongo-Wald in Uganda untersucht. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fügten Waldflächen Stickstoff, Phosphor und Kalium hinzu. Das Experiment war das bislang umfangreichste dieser Art in Afrika. Das Team konnte zeigen, dass eine höhere Verfügbarkeit bestimmter Nährstoffe die Produktivität dieser Wälder selbst unter intensiven Dürrebedingungen besser aufrechterhalten kann – Bedingungen, die in den meisten Teilen der Welt bereits vorherrschen. Die Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

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Auswirkungen von Hitzewellen auf arktisches Phytoplankton

AWI-Biologin Dr. Clara Hoppe (rechts) und Doktorandin Klara Wolf nehmen Algenproben aus dem Kongsfjord, Spitzbergen, Arktis. Foto: Paolo Verzone, AWI

Die Basis des marinen Nahrungsnetzes in der Arktis, das Phytoplankton, reagiert auf Hitzewellen ganz anders als auf konstant erhöhte Temperaturen. Das zeigen die bisher ersten Experimente hierzu, die an der AWIPEV-Station des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) durchgeführt wurden. Wie sich das Phytoplankton verhält, hängt vor allem von Abkühlungsphasen nach oder zwischen den Hitzewellen ab, zeigt eine Studie, die jetzt in der Fachzeitschrift Science Advances erscheint.  

Quelle: AWI

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Pflanzen beschränken den Einsatz von Tipp-Ex-Proteinen

Im genetisch veränderten Laubmoos sammelten sich die Tipp-Ex-Proteine im Cytosol an und veränderten dort Gen-Abschriften. Normalerweise transportiert die Pflanze die Proteine daher schnell in die Organellen. Grafik und Aufnahme: Elena Lesch, Uni Bonn

Pflanzen verfügen über spezielle Korrektur-Moleküle, die Genabschriften nachträglich verändern können. Doch offensichtlich haben diese „Tipp-Ex-Proteine“ nicht in allen Bereichen der Zelle eine Arbeitserlaubnis. Stattdessen kommen sie ausschließlich in Chloroplasten und Mitochondrien zum Einsatz. Eine Studie der Universität Bonn erklärt nun, warum das so ist: Demnach würde der Korrekturmechanismus ansonsten auch fehlerfreie Abschriften verändern - mit fatalen Folgen für die Zelle. Die Ergebnisse sind jetzt in der Fachzeitschrift The Plant Journal erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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Der Sommer 2023 war in weiten Teilen der Nordhalbkugel der wärmste Sommer seit mehr als 2000 Jahren

Baumscheibe einer Eiche mit Jahresringen. Foto und (c): Ulf Büntgen

Forschende der Geographie zeigen, dass der Sommer des vergangenen Jahres der wärmste war, den es seit dem Jahr 1 nach Christus in weiten Teilen der Nordhalbkugel gab. Das berichten sie in einem Artikel, den die Forschenden der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und der University of Cambridge in der Online-Ausgabe des Magazins Nature veröffentlichten. Durch ihre Arbeit mit den Baumringdaten sind die Forscher noch zu einem anderen beunruhigenden Ergebnis gekommen: „Unsere Berechnungen zeigen, dass die Durchschnittstemperatur in der Zeit von 1850 bis 1900 um 0,24 Grad niedriger war als bislang auf Grundlage der Daten von Wetterstationen angenommen“, sagt Prof. Dr. Jan Esper vom Geographischen Institut. „Das würde bedeuten, dass die Erwärmung größer ist als bisher gedacht und dass die formulierten Klimaziele neu kalkuliert werden müssen.“

Quelle: JGU

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Waldzustand 2024: Keine Entwarnung trotz feuchtem Winter

Ein Wissenschaftler erkundet Baumkronen auf ihren Zustand. Foto: Petra Dühnelt, Thünen-Institut

Das Jahr 2023 war das wärmste seit Beginn der Wetteraufzeichnungen 1881 durch den Deutschen Wetterdienst. Zugleich gab es viele Niederschläge. Die trockenen, heißen Sommer der vergangenen Jahre wirken jedoch nach. Bei vielen Bäumen sind Teile der Kronen abgestorben. Außerdem sind die geschwächten Bäume anfällig für den Befall von Schädlingen wie Borkenkäfer, Pilze und Misteln. Die langfristig wirkenden Ursachen wie Klimawandel, hohe Stickstoffeinträge sowie eine Vielzahl umbaubedürftiger Reinbestände beeinflussen den Zustand weiterhin negativ. Das zeigt der aktuelle Waldzustandsbericht, wie das Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei meldet.

Quelle: Thünen-Institut

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Mitose statt Meiose: Wie Vater und Mutter... alles in einer Pflanze

Tomatenfrüchte einer tetraploiden Tomatenpflanze (mit 48 Chromosomen), die in dieser Studie durch Kreuzung zweier verschiedener MiMe-Elterntomaten erzeugt wurde. Foto: Yazhong Wang

In einer neuen Studie haben Forschende ein System zur Erzeugung klonaler Geschlechtszellen in Tomatenpflanzen entwickelt und diese zur Entwicklung der Genome der Nachkommen verwendet. Die Befruchtung einer klonalen Eizelle eines Elternteils durch ein klonales Spermium eines anderen Elternteils führte zu Pflanzen, die die vollständige genetische Information beider Elternteile enthielten. Die Studie, in der die Forschenden zum ersten Mal klonale Geschlechtszellen nutzten, um Nachkommen durch einen Prozess zu erzeugen, den sie "polyploides Genomdesign" nennen, haben die Forschenden unter der Leitung von Charles Underwood vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln jetzt in Nature Genetics veröffentlicht.

Quelle: MPIPZ

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Bio-Landbau führt bei Pflanzen zu Erbgut-Anpassungen

Links die konventionelle Population, rechts die Biogerste: Mit dem Auge sind Unterschiede nur für Fachleute erkennbar. Mit Hilfe der Molekulargenetik lassen sich aber große Unterschiede nachweisen. Foto: AG Prof. Léon, Uni Bonn

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

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Neu entdeckte Symbiose aus Rhizobien und Kieselalgen

Die Symbionten (orange und grün) innerhalb der Kieselalge (in blau deren Zellkern). Aufnahme: Mertcan Esti, MPI für Marine Mikrobiologie

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

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Wie RALF-Peptide Befruchtungsprozesse steuern

Prof. Dr. Thomas Dresselhaus diskutiert mit seiner Mitarbeiterin Dr. Li-Hsuan Ho das Wachstum von Pollenschläuchen nach Behandlung mit RALF Peptiden. Foto: Dresselhaus

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

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Klimawandel verändert und verarmt Boden unter Bergwiesen

Um die Effekte des Klimawandels unter realitätsnahen Bedingungen nachzustellen, nutzten die Forschenden Boden-Pflanze-Mesokosmen. Diese Miniaturökosysteme bestehen aus Modulen, die Bodenproben enthalten. Foto: Noelia Garcia-Franco, TUM

Bergwiesen sind einzigartige Ökosysteme. Ein Forschungsteam hat nun herausgefunden, dass der Klimawandel den Humusgehalt sowie die Stickstoffspeicher in den Grünlandböden der Alpen reduziert und die Bodenstruktur stört. Organische Düngung, beispielsweise mit Gülle, kann den Verlust organischer Bodensubstanz zumindest teilweise ausgleichen, berichtet das Team unter Leitung der Technischen Universität München (TUM) in der Fachzeitschrift Geoderma unter dem Titel Rapid loss of organic carbon and soil structure in mountainous grassland topsoils induced by simulated climate change.

Quelle: TUM

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Sternalgen-Erbgut gibt Aufschluss über Ursprung der Pflanzen

Die Alge Zygnema circumcarinatum zeigt im Mikroskop mit einen sternförmigen Chloroplasten, was der Algen-Gattung Zygnema zu ihrem deutschen Namen Sternalgen verhalf (Maßstab 50 Mikrometer, entspricht 0,05 Millimetern). Aufnahme: Tatyana Darienko

Grundlage der morphologischen Komplexität von Landpflanzen sind unter anderem komplizierte Netzwerke von Genen, deren koordinierte Wirkung die Pflanzenkörper durch verschiedene molekulare Mechanismen formt – seien es winzige Moosblättchen, emporragende Baumstämme, verborgene Wurzeln oder beindruckende Seerosenblüten. All diese prächtigen Formen sind aus einem einmaligen evolutionären Ereignis hervorgegangen: der Eroberung des Landes durch die Pflanzen. Unter den am engsten mit den Landpflanzen verwandten Algen finden sich verschiedene Wuchsformen, von einzellig bis hin zu komplexeren Zellfäden. Aus dieser Algengruppe hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universitäten Göttingen und Nebraska-Lincoln nun die ersten Genomdaten komplexer Exemplare gewonnen, und zwar von vier fadenförmigen Sternalgen der Gattung Zygnema. An der Forschung waren mehr als 50 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus neun Ländern beteiligt (s.a. "Raus aufs Land"-Meldung aus Jena), die eine Reihe modernster Sequenzierungstechniken kombinierten, um die gesamte DNA-Sequenz der Algen zu entschlüsseln. Die Methoden ermöglichten es ihnen, vollständige Genome dieser Organismen auf der Ebene ganzer Chromosomen zu erstellen – was bei dieser Gruppe von Algen noch nie zuvor gemacht wurde. Der Vergleich dieser hoch aufgelösten Genome mit denen anderer Pflanzen und Algen führte zur Entdeckung wichtiger Signalgene für die Antwort auf sich verändernde Umweltbedingungen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Genetics veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

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Wie Ananas-Gewächse das Wassersparen gelernt haben

Tillandsia fasciculata ist eine der in dieser Arbeit untersuchten Arten. Sie betreibt CAM-Photosynthese, die es ihr ermöglicht, als Epiphyt unter wasserarmen Bedingungen zu überleben. Foto: Ovidiu Paun

Welche genetischen Faktoren die Evolution eines bestimmten Photosynthesemechanismus bei Ananasgewächsen beeinflussen, um die Wassernutzung effizienter zu gestalten, schildern Forschende im Fachmagazin The Plant Cell. In dieser Studie konzentrierte sich das internationale Forschungsteam auf zwei Tillandsia-Arten mit unterschiedlichen Photosyntheseformen – CAM vs. C3 – was bedeutet, dass der C3-Art die spezielle Anpassung an wasserarme Bedingungen fehlt. Durch den Einsatz moderner Techniken zur Untersuchung der Genetik und Biochemie von Pflanzen – wie z.B. Analyse der Genanordnung, der molekularen Evolution und der Evolution von Genfamilien, der zeitlichen Variation der Genexpression und der Metaboliten – fanden die Forschenden unter der Leitung des Departments für Botanik und Biodiversitätsforschung der Universität Wien heraus, dass Veränderungen in der Genregulation hauptsächlich für die genomischen Mechanismen verantwortlich sind, die die CAM-Evolution bei Tillandsia vorantreiben. Sie zeigen, "dass die Genome von Tillandsia, wie auch die anderer Pflanzen, zwar stark verändert wurden, die Anpassung der Funktionsweise der Photosynthese aber vorwiegend durch die Regulation von Genen und nicht durch die Veränderung von Gensequenzen, die für Proteine kodieren, erfolgt", wie Erstautorin Clara Groot Crego die Ergebnisse bewertet. Dies wirft ein Licht auf die komplexen Vorgänge, die zur Anpassung der Pflanzen und zur ökologischen Vielfalt führen.

Quelle: Uni Wien

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Pflanzen auf dem Speiseplan früher Jäger und Sammler

Menschlicher Zahn aus der Taforalt-Höhle in Marokko mit starker Abnutzung und Karies. Foto und (c): Heiko Temming

Lange Zeit ging man davon aus, dass Fleisch in der Ernährung der Jäger und Sammler vor dem Übergang zum Neolithikum eine wichtige Rolle spielte. Da es jedoch nur wenige gut erhaltene menschliche Überreste aus paläolithischen Fundstätten gibt, sind Informationen über die Ernährungsgewohnheiten der Menschen in der Zeit vor der Landwirtschaft rar. Eine in Nature Ecology & Evolution erschienene Studie stellt diese Vorstellung nun in Frage und liefert überzeugende Isotopenbeweise dafür, dass frühe Jäger und Sammler aus Marokko vor 15.000 Jahren eine starke Vorliebe für pflanzliche Nahrung hatten. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Ernährung dieser Jäger und Sammler viele Jahrtausende vor der Einführung der Landwirtschaft in der Region einen hohen Anteil an mediterranen Pflanzen enthielt. Archäobotanische Funde wie Eicheln, Pinienkerne und wilde Hülsenfrüchte aus der Fundstätte unterstützen diese Hypothese. Darüber hinaus deutet die Studie von Forschenden des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie darauf hin, dass pflanzliche Nahrung auch Teil der Ernährung von Kleinkindern war und möglicherweise als Entwöhnungsnahrung diente.

Quelle: MPI für evolutionäre Anthropologie

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Klimafit aufforsten, aber wie?

Baumsterben durch Borkenkäferbefall. Foto: Rupert Seidl

Europas Wälder wurden durch den Klimawandel bereits stark in Mitleidenschaft gezogen. Durch Dürre und Borkenkäfer sind bereits tausende Hektar an Bäumen abgestorben. Wissenschafter*innen der Universität Wien und der Technischen Universität München (TUM) haben nun untersucht, mit welchen Bäumen sinnvoll wieder aufgeforstet werden kann. Dazu hatten die Wissenschafter*innen die 69 häufigeren der knapp über 100 europäische Baumarten in Hinblick auf das 21. Jahrhundert in Europa untersucht. Ihr in der Fachzeitschrift Nature Ecology and Evolution veröffentlichtes Ergebnis: Im europäischen Durchschnitt sind von diesen 69 Arten nur neun pro Standort zukunftsfit, in Österreich sind es zwölf, darunter etwa Stieleiche, Winterlinde und Weißtanne. Welche Baumarten zukünftig in welche Region Europas passen, variiert insgesamt stark. Mischwälder sind jedoch wichtig für die Überlebensfähigkeit von Wäldern, sonst könnte das Ökosystem Wald insgesamt geschwächt werden.

Quelle: Uni Wien

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Klimawandel könnte Hauptgrund für Rückgang biologischer Vielfalt werden

Landnutzungswandel gilt als der wichtigste Grund für den Rückgang biologischer Vielfalt im 20. Jahrhundert. Das Foto zeigt ein intensiv bewirtschaftetes Getreidefeld in Deutschland. Foto: Guy Pe’er

Die globale biologische Vielfalt ist im 20. Jahrhundert allein durch veränderte Landnutzung um 2 bis 11 Prozent zurückgegangen. Das ist das Ergebnis einer in der Zeitschrift Science veröffentlichten Studie. Die Modellberechnungen der Forschenden des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) zeigen auch, dass der Klimawandel bis Mitte des 21. Jahrhunderts zum Hauptgrund für den Rückgang biologischer Vielfalt werden könnte. Dazu hatten die Forschenden dreizehn Modelle verglichen: diese berechneten die Auswirkungen von Landnutzungs- und Klimawandel auf vier verschiedene Messgrößen biologischer Vielfalt sowie auf neun verschiedene Ökosystemleistungen.

Quelle: iDiv

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Kürbisse und Rosen sind eng verwandt

Die bisher umfassendste Genom-Analyse der Pflanzenwelt haben Forschende über Blütenpflanzen erstellt. Unter Federführung der Königlichen Botanischen Gärten in Kew, in Großbritannien, hat ein internationales Forscherteam in fast fünf Jahren Arbeit das Ziel verfolgt, den Stammbaum aller 330.000 bekannten Blütenpflanzen zu erstellen. Ein Team der Gruppe um Prof. Hanno Schaefer vom Lehrstuhl für Biodiversität der Pflanzen von der Technischen Universität München hat dazu die Kürbisgewächse und ihre Verwandtschaft analysiert, die als wichtige Obst- und Gemüsepflanzen bekannt sind. So gehören zum Beispiel die Wassermelone, die Gurke, die Zucchini aber auch die als Zierpflanzen beliebten Begonien in diese Verwandtschaftsgruppe. Nun kommen die Rosenartigen hinzu; bisher war man davon ausgegangen, dass Kürbisse eher Verwandte von Buchen sind. Die Studie wurde gestern in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Quelle: TUM

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KI entschlüsselt neuen Genregulationscode und macht Vorhersagen für neu sequenzierte Genome

Ein Forschungsteam hat „Deep-Learning“-Modelle entwickelt, die Gensequenzdaten mit der mRNA-Kopienzahl für mehrere Pflanzenarten verknüpfen und die regulatorische Wirkung von Gensequenzvariationen vorhersagen. Die Ergebnisse hat das Team unter Führung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) mit Beteiligung des Forschungszentrums Jülich in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Die Aufklärung der Beziehung zwischen Sequenzen von regulatorischen Elementen und ihren Zielgenen ist der Schlüssel für das Verständnis der Genregulation und ihrer Variation zwischen Pflanzenarten und Ökotypen.

Quelle: IPK (pdf)

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CRISPR/Cas: Optimierte Genschere erlaubt den stabilen Einbau großer Gene

Jeder grün fluoreszierende Punkt steht für eine Blattzelle, in der erfolgreich ein großer Genabschnitt ins Erbgut der Pflanze eingefügt wurde. Bild links: mit inaktiver Genschere Cas9, mit aktiver Cas9 (Mitte) und mit Cas9+einer Exonuklease (rechts). Aufnahmen: Tom Schreiber, IPB

Forschenden ist es erstmals gelungen, effizient große Gen-Abschnitte stabil und präzise in die DNA von höheren Pflanzen einzubauen. Dafür optimierten sie die Gen-Editierungsmethode CRISPR/Cas, die gemeinhin als Genschere bekannt ist. Das verbesserte CRISPR-Verfahren bietet einen Fortschritt sowohl für die Züchtung als auch für die Wissenschaft und eröffnet Möglichkeiten der gezielten Veränderung des Erbguts höherer Pflanzen. Die Studie wurde von Prof. Alain Tissier und Dr. Tom Schreiber vom Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB) geleitet und ist im Fachjournal Molecular Plant erschienen.

Quelle: IPB

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„Stammbaum des Lebens“ für Blütenpflanzen

Die Daten aus dem „Stammbaum des Lebens“ für Blütenpflanzen werden dazu beitragen, neue Arten zu identifizieren, die Klassifizierung von Pflanzen zu verfeinern, neue medizinische Wirkstoffe zu entdecken und Pflanzen angesichts des Klimawandels und des Verlusts der biologischen Vielfalt zu erhalten. Abbildung der Veröffentlichung Phylogenomics and the rise of the angiosperms. Graph: Nature

Mit eigenem botanischen Sammlungsmaterial und ihrer Expertise zur Evolution der Kreuzblütler, den Kohlgewächsen, haben Forschende der Universität Heidelberg mitgewirkt an einer internationalen Großstudie, die einen umfassenden „Stammbaum des Lebens“ für Blütenpflanzen erstellt hat. Für diesen Stammbaum analysierten Forscherinnen und Forscher weltweit die Erbinformation von mehr als 9.500 Arten aus fast 8.000 Gattungen. Die Heidelberger Forschenden vom Centre for Organismal Studies (COS) nutzten dafür umfangreiches Material aus Lebendsammlungen, Saatgutsammlung und Herbarium. Der „Stammbaum des Lebens“ für Blütenpflanzen wurde jetzt in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht. Beteiligt waren auch Forschende aus München und Bayreuth.

Quelle: Uni Heidelberg

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Schlechtes Timing: Klimakrise gefährdet alpine Ökosysteme

Freiluftlabor im Tiroler Ötztal: Saisonale Verschiebungen können das Ökosystem in den Alpen aus der Balance bringen. Foto: Michael Bahn

Gebirge sind vom Klimawandel besonders betroffen: Sie erwärmen sich schneller als das Flachland. Mit der Erwärmung schwindet die Schneedecke und Zwergsträucher wie etwa das Heidekraut (Calluna vulgaris) dringen in höhere Lagen vor – mit starken Auswirkungen auf die jahreszeitlichen Abläufe der sensiblen alpinen Ökosysteme. Die Störung des zeitlichen Zusammenspiels von Pflanzen und Bodenmikroorganismen, das für den Ablauf von Stoffkreisläufen in Ökosystemen wesentlich ist, zeigt eine in der Fachzeitschrift Global Change Biology erschienene Studie mit Beteiligung des Innsbrucker Ökologen Michael Bahn, der über mehrere Jahre Feldstudien im Hinteren Ötztal in Tirol durchgeführt hat. "Eine frühere Schneeschmelze führt zu einem abrupten saisonalen Übergang der mikrobiellen Gemeinschaften. Die Funktion des Winter-Ökosystems wird dadurch verkürzt und seine Wirkweise eingeschränkt", erklärt Bahn.

Quelle: Uni Innsbruck

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Mykoheterotrophe Pflanzen als Schlüssel zum Wood Wide Web

Mykorrhiza-Netzwerk am Beispiel von Monotropa uniflora, einem Heidekrautgewächs, hier verbunden mit Baumwurzen übergemeinsame Pilze. Originalabbildung aus der Publikation verändert und ergänzt. Grafik: Franziska Zahn, Uni Bayreuth

Mykoheterotrophe Pflanzen versorgen sich über einen Pilz-Partner mit Kohlenstoff, nicht über Photosynthese, wie andere Pflanzen. Vollständig mykoheterotroph lebende Pflanzen sind meist klein und werden am Waldboden schnell übersehen. Sie liefern allerdings den entscheidenden Nachweis für die Bedeutung des Wood Wide Web (Mykorrhiza-Netzwerke): Sie besitzen keine grünen Blätter und können somit keine Photosynthese betreiben, weshalb sie sich vollständig auf Kosten der Mykorrhiza-Pilze ernähren. Diese Pilzpartner gehen gleichzeitig eine zweite Partnerschaft mit Waldbäumen ein und können einen Kohlenstoffaustausch zwischen den Pflanzen vermitteln. „Damit belegen die vollständig mykoheterotrophen Pflanzen die Existenz von Mykorrhiza-Netzwerken, an denen mindestens drei Partner – zwei Pflanzen und ein Pilz – beteiligt sind“, sagt Prof. Dr. Gerhard Gebauer von der Universität Bayreuth, der an in Nature Plants erschienenen Studie beteiligt war.  Somit können Mykorrhiza-Netzwerke in Wäldern den Kohlenstofftransfer zwischen Pflanzen unterstützen und stellen dadurch das oben genannte Dogma des Kohlenstoff-gegen-Nährstoff-Transfers in der Symbiose zwischen Pilz und Pflanze infrage.

Quelle: Uni Bayreuth

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Neuer Wirkstoff aus Benediktenkraut fördert Nervenreparatur

Forschende haben eine neue Indikation für Cnicin, einen Inhaltsstoff des Benediktenkrauts (Cnicus benedictus), entdeckt, das seit Jahrhunderten in Form von Extrakten oder Tees beispielsweise bei Verdauungsbeschwerden verwendet wird: Im Tiermodell sowie mit humanen Zellen zeigten sie, dass Cnicin das Wachstum von Axonen, den Fortsätzen von Nervenzellen, deutlich beschleunigt. Die Studie haben die Forschenden des Zentrums für Pharmakologie der Uniklinik Köln und der Medizinischen Fakultät der Universität zu Köln in der Zeitschrift Phytomedicine veröffentlicht. Eine erhöhte Regenerationsgeschwindigkeit könnte einen großen Unterschied machen, damit Nervenfasern nach einer Verletzung ihre ursprünglichen Zielgebiete rechtzeitig erreichen, bevor irreversible Funktionsverluste eintreten.

Quelle: Uni Köln

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38 Billionen Dollar Schäden pro Jahr: 19 Prozent Einkommensverlust weltweit durch Klimawandel

Selbst wenn Treibhausgas-Emissionen ab heute drastisch reduziert würden, müsste die Weltwirtschaft aufgrund des Klimawandels bis 2050 bereits mit einem Einkommensverlust von 19 Prozent rechnen, so eine jetzt in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Studie. Diese Schäden sind sechsmal höher als die Vermeidungskosten zur Begrenzung der globalen Erwärmung auf zwei Grad. Auf der Grundlage von empirischen Daten aus mehr als 1.600 Regionen der letzten 40 Jahre haben Forschende des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) die zukünftigen Auswirkungen veränderter klimatischer Bedingungen auf das Wirtschaftswachstum berechnet.

Quelle: PIK

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Samenfarne: Pflanzen experimentierten vor 201 Millionen Jahren mit netzartiger Blattäderung

Fossile Blätter der Furcula granulifer aus der späten Trias, Grönland. Balkenscala = 5cm. Foto: Mario Coiro, Leyla Seyfullah

Laut einem Forschungsteam unter der Leitung von Paläontolog*innen der Universität Wien entwickelte sich die für Blütenpflanzen typische netzartige Blattäderung bereits deutlich früher als gedacht, starb aber mehrfach wieder aus. Mithilfe neuer Methoden wurde die fossile Pflanze Furcula granulifer nun als ein solcher Vorreiter identifiziert: Die Blätter dieser Samenfarnart wiesen bereits in der späten Trias (etwa vor 201 Millionen Jahren) die hierarchische, vernetzte Äderung auf. Die Studie erschien aktuell im Fachjournal New Phytologist.

Quelle: Uni Wien

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Verdrehter Pollenschlauch macht unfruchtbar

Die Sand-​Schaumkresse (Arabidopsis arenosa) dient als Modellpflanze, um das Mysterium der Sterilität von neugebildeten Polyploiden zu lüften. Foto: Kirsten Bomblies, ETH Zürich

Polyploide Pflanzen mit mehrfachen Chromosomensätzen sind salztolerant oder dürreresistent und erzielen oft höhere Erträge. Frisch gebildete polyploide Pflanzen sind jedoch oft steril oder nur vermindert fruchtbar und für die Züchtung resistenter Linien ungeeignet. Grund dafür ist, dass bei diesen Pflanzen der Pollenschlauch nicht korrekt wächst und deshalb die Befruchtung nicht stattfindet. Das Pollenschlauchwachstum wird zur Hauptsache von zwei Genen gesteuert, die für die Züchtung von Nutzpflanzen interessant sein könnten. Kirsten Bomblies, ETH-​Professorin für Molekulare Pflanzenevolutionsgenetik, und ihr Team haben nun einen bisher unerkannten Mechanismus für die verminderte Fruchtbarkeit von Polyploiden gefunden und im Fachmagazin Science vorgestellt.

Quelle: ETH Zürich

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Für eine nachhaltigere Palmöl-Produktion

Ölpalmplantage. Forschende haben Wege für die Zukunft des Ölpalmanbaus skizziert, die wirtschaftlichen Wohlstand und ökologische Nachhaltigkeit besser in Einklang bringen sollen. Foto: Ingo Grass

Palmöl ist ein weitverbreiteter Bestandteil zahlreicher Lebensmittel und Kosmetika. Der Boom des Ölpalmanbaus in Indonesien in den vergangenen Jahrzehnten hat die Lebensbedingungen zahlreicher Landwirte verbessert, dabei aber zum Verlust der biologischen Vielfalt und großflächigen Zerstörung der Regenwälder geführt. Jedoch ist eine Abkehr vom Palmöl mittelfristig nicht zu erwarten – zu vielfältig und wirtschaftlich bedeutsam sind seine zahlreichen Verwendungen. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universitäten Göttingen und Hohenheim hat nun Wege für die Zukunft des Ölpalmanbaus skizziert, die wirtschaftlichen Wohlstand und ökologische Nachhaltigkeit besser in Einklang bringen sollen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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Bormangel: Raps reagiert wie bei Infektionen und Schädlingsbefall

Rapspflanzen brauchen Bor, um gut zu wachsen; Bormangel hat verheerende Auswirkungen. Foto: Manuela Désirée Bienert, TUM

Die Reaktion auf anhaltenden oder akuten kurzzeitigen Bormangel ähnelt der Antwort von Raps auf Schädlinge und Infektionen, zeigt eine neue Studie. Einen Bormangel sieht man den betroffenen Pflanzen äußerlich lange nicht an, insbesondere in der Wachstumsphase vor der Blüte. Trotzdem hat dieser schwerwiegende Folgen: Zuerst hemmt der Mangel das Wurzelwachstum, dann verkümmern die Blüten und sterben schließlich vorzeitig ab. Enorme Ertragsverluste können damit verbunden sein. Um die zugrundeliegenden Mechanismen zu verstehen, haben Forschende der Technischen Universität München (TUM), der Universität Bielefeld, und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) untersucht, welche Gene bei Bormangel und welche bei ausreichender Versorgung aktiv sind. Die Ergebnisse, die in der Zeitschrift Physiologia Plantarum erschienen, legen die Grundlage für die Züchtung von Pflanzen, die besser mit Bormangel umgehen können, und für die Vermeidung von Ertragsverlusten, die durch Bormangel verursacht werden.

Quelle: TUM

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Tropische Wälder brauchen zur natürlichen Regeneration fruchtfressende Vögel

Die frugivore Rotbauchdrossel (Turdus rufiventris) ist ein aktiver Samenverbreiter in Südamerika. Foto: Mathias Pires

Fruchtfressende Vögel spielen eine wichtige Rolle in den Waldökosystemen, insbesondere im Atlantischen Regenwald in Brasilien. Wildlebende Vögel können das Kohlenstoffpotenzial in sich regenerierenden tropischen Wäldern um bis zu 38 Prozent erhöhen. Die Erhöhung der Waldbedeckung auf über 40 Prozent kann für den Erfolg von Wiederherstellungsinitiativen entscheidend sein. Das berichten Forschende des Crowther Lab der ETH Zürich in der Zeitschrift Nature Climate Change.

Quelle: ETH Zürich

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Wie Pflanzen das Klima in Europa beeinflussen

Das Klima reguliert das Pflanzenwachstum, aber das Klima wird auch von Pflanzen beeinflusst. Je nach Pflanzenmix haben Ökosysteme sogar einen starken Einfluss auf das Klima in Europa, wie eine Studie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) im Journal Global Change Biology zeigt. Die Forschenden verknüpften Satellitendaten mit rund 50.000 Vegetationsaufnahmen aus ganz Europa. Gut fünf Prozent der regionalen Klimaregulation lassen sich durch die Pflanzenvielfalt vor Ort erklären. Die Analyse zeigt zudem, dass die Effekte von vielen weiteren Faktoren abhängen. Pflanzen beeinflussen das Klima, indem sie Sonnenlicht reflektieren oder durch Verdunstung ihre Umgebung abkühlen.

Quelle: MLU

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Wie Blaualgen Mikroorganismen manipulieren

Cyanobakterien in -Kulturen. Foto: Alexander Kraus, Uni Freiburg

Forschende haben ein bisher unbekanntes Gen in Cyanobakterien  - auch Blaualgen genannt - entdeckt, das eine zentrale Rolle in der Koordination des Stickstoff- und Kohlenstoffwechsels spielt: Die Cyanobakterien steuern damit indirekt das Wachstum von Mikroorganismen, welche die Photosynthese fördern. Das Gen kodiert ein Protein mit dem Namen NirP1. Dieses wird nur hergestellt, wenn die Zellen einen Mangel an Kohlenstoff relativ zu dem verfügbaren Stickstoff feststellen. „Unsere Arbeit zeigt, dass es vielfältige, bisher nicht bekannte Wechselbeziehungen selbst zwischen den kleinsten Organismen in der Umwelt gibt und dass eine Vielzahl bisher unbekannter Gene dabei eine Rolle spielt“, sagt Prof. Dr. Wolfgang R. Hess. Die Ergebnisse des Teams um den Professor für Genetik an der Universität Freiburg sind in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen.

Quelle: Uni Freiburg

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Coffea arabica: Studie offenbart Zuchthistorie und Ansatzpunkte zur Identifizierung klimaresistenterer Pflanzen

Es gibt zwar mehr als 120 Kaffeesorten, aber rund 70 Prozent der weltweiten Kaffeeproduktion gehen auf die Sorte Arabica zurück. Sie verträgt jedoch steigende Temperaturen weniger gut und ist anfälliger für Krankheiten. Außerdem schrumpft durch den Klimawandel die Anbaufläche, auf der Kaffee angebaut werden kann, und die Wasserknappheit führt zu erheblichen Ertragseinbußen. Die Pflanzenforschung ist daher auf der Suche nach neuen Arabica-Sorten. Nun haben Expert*innen ein Arabica-Referenzgenom entwickelt und in einer öffentlich zugänglichen digitalen Datenbank verfügbar gemacht, wie sie in der Zeitschrift Nature Genetics berichten. Beteiligt waren u.a. Forschende von Nestlé, aus Brasilien, Frankreich, den UDS sowie der Uni Leipzig. Ihre Ergebnisse erleichtern die Analyse verschiedener Merkmale der Kaffeesorte, um spezifische Eigenschaften wie bessere Erträge, die Größe der Kaffeekirschen und eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten oder Trockenheit sowie Geschmacks- oder Aromamerkmale zu ermitteln.

Quelle: Uni Leipzig

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Hybride Intelligenz kann Biodiversität & Landwirtschaft vereinen

Biodiversität erhalten ohne landwirtschaftliche Produktivität zu reduzieren: Bislang scheiterte die Quadratur dieses Kreises daran, dass das sozialökologische System der Landwirtschaft hochkomplex ist und die Wechselwirkungen zwischen Mensch und Umwelt mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu erfassen sind. Dank neuer Technologie zeigt ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) und der Universität Hohenheim in Stuttgart einen vielversprechenden Weg auf, die bisherigen Gegensätze zu versöhnen. Dabei setzen die Mitglieder des Teams auf eine Weiterentwicklung von Künstlicher Intelligenz in Kombination mit kollektivem, menschlichem Urteilsvermögen: die Nutzung von hybrider Intelligenz, die sie in der Fachzeitschrift Nature Food vorstellen.

Quelle: TUM

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Einheimische Gehölze für etwa ein Drittel der Insekten in Deutschland unverzichtbar

Larven der Ebereschenblattwespe (Pristiphora geniculata) an einer Vogelbeere (Sorbus aucuparia). Foto: Matthias Nuß

Mehrere Tausend einheimische Insektenarten in Deutschland hängen von einheimischen Gehölzen ab. Allerdings werden in der Bundesrepublik im Zusammenhang mit Anpassungen an den Klimawandel zunehmend gebietsfremde Baumarten gepflanzt. Das Senckenberg-Forschungsteam zeigt in Kooperation mit weiteren Wissenschaftlern, dass die Verwendung einheimischer Baumarten unabdingbar ist, um dem Rückgang einheimischer Insektenarten zu begegnen. Die Ergebnisse haben sie in der Zeitschrift des Bundesamtes für Naturschutz „Natur und Landschaft“ veröffentlicht.

Quelle: Senckenberg

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Diversifizierte Landwirtschaft zahlt sich aus

Eine diversifizierte Landwirtschaft nützt sowohl Mensch und Umwelt - und zahlt sich aus. Hier beim biologischen Anbau von Erdbeeren in Kalifornien mit Blühstreifen aus Wildblumen. Foto: Claire Kremen, University of British Columbia

Schluss mit einer einseitigen industriellen Landwirtschaft, denn eine diversifizierte Landwirtschaft nützt sowohl Mensch und Umwelt, zeigt eine aktuelle Studie. Die umfangreiche globale Studie unter der Leitung der Universität Hohenheim in Stuttgart und der Universität Kopenhagen in Dänemark hat weltweit die Auswirkungen einer diversifizierten Landwirtschaft untersucht. Die Mischung von Viehhaltung und Ackerbau, die Integration von Blühstreifen und Bäumen, sowie Wasser- und Bodenschutz und vieles mehr: Die positiven Effekte nehmen mit jeder Maßnahme zu, während negative Auswirkungen kaum zu finden sind. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse, an denen u.a. auch das Leibniz Institut zur Analyse des Biodiversitätswandels (LIB) beteiligt war, heute in der aktuellen Ausgabe von Science.

Quelle: Uni Hohenheim

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Wundheilung: mechanische Kräfte orientieren die Zellteilung

Pflanzen sind sehr widerstandsfähig und überleben auch in rauen Umgebungen. Das liegt unter anderem am bemerkenswert effizienten Wundheilungsprozess – den Wissenschafter*innen schon seit mehr als hundert Jahren untersuchen. Eine neue Studie des Institute of Science and Technology Austria (ISTA) zeigt nun, dass der Prozess weniger kompliziert ist als gedacht und durch Druck sowie mechanische Kräfte angetrieben wird. Die Ergebnisse, die nun im Fachjournal Developmental Cell veröffentlicht sind, könnten praktische Anwendungen in der Landwirtschaft haben.

Quelle: ISTA

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Wie Pflanzen ihre Photosynthese auf Lichtänderungen anpassen

Das Forschungsteam entschlüsselte den molekularen Mechanismus, mit deren Hilfe die Pflanze die beiden Teilprozesse der Photosynthese miteinander synchronisiert. Grafik: Tobias Rindfleisch, Uni Bergen, Bing-Copilot

Das Forschungsteam hat nun erstmals einen molekularen Mechanismus aufgedeckt, über den die beiden Module der Photosynthese, die sog. Licht- und Kohlenstoffreaktion, ihre Aktivitäten über den „Thylakoid-K+-Exchange-Antiporter 3“ (KEA3) miteinander synchronisieren. Das hat das Forschungsteam aus Bergen, Bochum, Düsseldorf, Münster und Potsdam hat unter Leitung von Prof. Dr. Ute Armbruster der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) sowohl Computersimulationen als auch verschiedene experimentelle Ansätze henutzt, unter anderem Biosensoren. In der Fachzeitschrift Nature Communications beschreiben sie einen entscheidenden molekularen Mechanismus, der die beteiligten Prozesse synchronisiert und der Pflanzen dabei hilft ihre Photosynthese auf Lichtänderungen anpassen.

Quelle: HHU

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Mais wehrt sich gegen Arsen im Boden

Maispflanzen im Feldexperiment bei Liesberg, Baselland. Foto: Veronica Caggìa, Uni Basel

Wenn Kulturpflanzen auf arsenhaltigen Böden wachsen, sammelt sich das giftige Element in der Nahrungskette an. Eine Studie im Fachmagazin PNAS mit Beteiligung der Universität Basel hat nun einen Mechanismus nachgewiesen, mit dem Maispflanzen die Aufnahme von Arsen reduzieren: Dafür verantwortlich ist ein spezieller Wirkstoff, den Wurzeln - wie ein Gegengift - in den Boden abgeben.

Quelle: Uni Basel

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Wie Grünalgen und Bakterien gemeinsam zum Klimaschutz beitragen

Wildtyp-Stämme der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii in Flüssigkultur. Foto: Jens Meyer, Uni Jena

Ein neu entdecktes Bakterium bildet ein Team mit einer Grünalge, das sich gegenseitig beim Wachstum unterstützt. Das Bakterium Mycetocola lacteus hilft der Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii außerdem dabei, den Giftstoff eines anderen, schädlichen Bakteriums zu neutralisieren. Das grundlegende Verständnis des Zusammenspiels von Algen und Bakterien spielt auch beim Klimaschutz eine wichtige Rolle, da es dazu beitragen kann, diese ökologisch wichtige Partnerschaft zu verstehen und somit zu schützen. Die Ergebnisse der Studie werden am 5. April in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht. "Während das Bakterium bestimmte überlebenswichtige B-Vitamine und eine schwefelhaltige Aminosäure erhält, wird das Wachstum der Grünalge optimiert“, sagt Prof. Dr. Maria Mittag, Professorin für Allgemeine Botanik der Friedrich-Schiller-Universität Jena. "Neben Landpflanzen produzieren Algen und Cyanobakterien einen großen Teil des Sauerstoffs und binden etwa die Hälfte des Kohlendioxids in der Atmosphäre durch Photosynthese. Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag für das Leben auf der Erde“, stellt Mittag fest. 

Quelle: Uni Jena

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Studie zeigt Verbindung von Kalzium in pflanzlicher und tierischer Immunität

Forschende haben verblüffende Parallelen zwischen der Immunantwort von Pflanzen und Tieren entdeckt: Proteinfamilien, die in beiden Lebensformen ähnlich sind, sind auf den Kalziumgehalt angewiesen, um eine Immunreaktion auszulösen. Das berichten die Forschenden unter Federführeng des Instituts für Pflanzenwissenschaften und Mitglied im CEPLAS Exzellenzcluster für Pflanzenwissenschaften in einer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Cell Host & Microbe. Eine aktuelle Studie gibt Aufschluss darüber, wie bestimmte Immunproteine Pflanzen widerstandsfähig gegen Krankheiten machen.

Quelle: Uni Köln beim idw

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Schlüssel-Gen für giftiges Alkaloid in Gerste entdeckt

Mithilfe der Modellpflanze Nicotiana benthamiana gelang den Forscherinnen und Forschern die Entdeckung des bislang fehlenden Schlüsselschritts zur Bildung des giftigen Alkaloids Gramin in Gerste. Foto und (c): Jakob Franke

Gerste ist weltweit eine der wichtigsten Getreidekulturen. Viele Sorten produzieren ein giftiges Alkaloid namens Gramin. Dies schränkt die Nutzung als Futtermittel ein, schützt Gerste aber vor Krankheitserregern und Insekten. Bisher war die genetische Grundlage der Gramin-Biosynthese nicht geklärt, daher konnte die Produktion nicht gesteuert und diese Möglichkeit nicht für die Züchtung genutzt werden. Nun ist es Forschungsgruppen des IPK Leibniz-Instituts und der Leibniz Universität Hannover gelungen, den kompletten Biosyntheseweg von Gramin zu entschlüsseln. Damit wird nicht nur die Produktion in Modellorganismen möglich, sondern kann umgekehrt auch in Gerste unterbunden werden. Die Ergebnisse wurden heute in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Quelle: Uni Hannover

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Wie Pflanzen mit Stress umgehen - Vom Spleißen zum Überleben

Ein internationales Forschungsteam hat untersucht, auf welche Weise Pflanzen die Genexpression verändern, wenn sich ihre Umwelt ändert. Wie die letzte Woche in The Plant Cell veröffentlichte Studie zeigt, reagieren Pflanzen flexibel auf verschiedene Arten von Stress. Sie können die Genexpression auf der Ebene des alternativen Spleißens anpassen, damit sie überleben können. Dazu hatten die Biotechnologin Dr. Julieta Mateos von der Fakultät für Biologie der Universität Bielefeld und Prof. Dr. Dorothee Staiger bei Arabidopsis untersucht, wie die genetische Information in den Zellen verarbeitet wird, insbesondere beim sogenannten alternativen Spleißen von RNA.

Quelle: Uni Bielefeld

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Entschlüsselung der männlichen Geschlechtsbestimmung in Braunalgen

Mikroskopische Ansicht reifer Gametophytenfäden der Braunalge Ectocarpus sp. Die Geschlechtszellen werden in sog. plurilokulären Gametangien produziert - Strukturen, die bei der Reife dicker und dunkelbraun werden. Aufnahme und (c): Dr. Rémy Luthringer, MPI für Biologie Tübingen

Forschende haben Neuland betreten und gezeigt, dass ein HMG-Box-Gen in Braunalgen für die Bestimmung des männlichen Geschlechts entscheidend ist. Dieser Durchbruch erweitert das Verständnis der Mechanismen zur Geschlechtsbestimmung in eukaryotischen Organismen erheblich. Bislang waren die Gene, die maßgeblich zur Geschlechtsbestimmung beitragen, nur bei einigen wenigen Wirbeltieren und Pflanzen identifiziert worden. Die von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Biologie in Tübingen in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Studie beleuchtet die evolutionären Parallelen in den Entwicklungswegen zwischen Tieren und Algen, obwohl sie vor Millionen von Jahren unabhängig voneinander entstanden sind. Sie unterstreicht die wiederkehrende Verwendung eines gemeinsamen genetischen „Bausatzes“ für lebenswichtige biologische Funktionen bei weit voneinander entfernten Abstammungslinien. Die Forschungsergebnisse bieten nicht nur tiefere Einblicke in die Fortpflanzungsbiologie von Braunalgen, sondern decken auch entfernte evolutionäre Konvergenzen auf.

Quelle: MPI für Biologie

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Agrarumweltpolitiken aller Länder auf einen Blick

Wer analysieren will, braucht Daten: Forschende der Universität Bonn und ETH Zürich haben eine Datenbank veröffentlicht, die über 6.000 Agrar-Umwelt-Politiken enthält. Damit erhalten Forschende aber auch Politiker und Unternehmen die Möglichkeit, den verschiedensten Fragenstellungen nachzugehen. Dies demonstrieren die Forschenden anhand der Beispiele, wie die wirtschaftliche Entwicklung eines Landes mit der Einführung von Agrar-Umwelt-Politiken zusammenhängt oder welchen Einfluss nationale Strategien auf die Bodenerosion haben. Die Studie wurde nun in Nature Food veröffentlicht. Die Datenbank ist öffentlich zugänglich unter: https://zenodo.org/records/10842614 

Quelle: Uni Bonn

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News · Forschungsergebnis

Genetischer Anteil an der Zusammensetzung des Mikrobioms um Mais-Wurzeln

Maispflanzen, die in dem an der Universität Bonn durchgeführten Experiment unter Trockenstress wachsen. Foto: Dr. Peng Yu, Uni Bonn

Wie ein internationales Forschungsteam an Maispflanzen herausfand, tragen nicht nur die Eigenschaften des Bodens, sondern auch die Erbanlagen der Pflanze dazu bei, welche der Mikroben sich an der Wurzel tummeln. Dies wurde auch durch den Einsatz des Werkzeugkastens der quantitativen Genetik ermöglicht. Die Ergebnisse der Studie unter Federführung der Universität Bonn (siehe Meldung oben) und unter Beteiligung des IPK Leibniz-Institutes sind im Journal Nature Plants erschienen und könnten helfen, besser an Dürre und Nährstoffmangel angepasste Maissorten zu züchten.

Quelle: IPK (pdf)

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News · Forschungsergebnis

Maisgene kontrollieren winzige Helfer im Boden

Blicken auf die Wurzel eines Maiskeimlings: Prof. Dr. Frank Hochholdinger (links) und Dr. Peng Yu (rechts) von der Abteilung für funktionelle Genomik der Nutzpflanzen an der Universität Bonn. Foto: Volker Lannert, Uni Bonn

Winzlinge wie Bakterien und Pilze helfen Pflanzenwurzeln bei ihrer Arbeit und fördern ihre Gesundheit. Eine gängige Vorstellung ist, dass die Zusammensetzung dieser Mikroben von den Bodeneigenschaften abhängt. Jedoch hat nun ein internationales Forschungsteam unter Federführung der Universität Bonn an verschiedenen lokalen Maissorten herausgefunden, dass die Erbanlagen der Pflanze ebenfalls dazu beitragen, welche Mikroorganismen sich an der Wurzel tummeln. Die Ergebnisse, die nun in der Fachzeitschrift Nature Plants veröffentlicht sind, könnten künftig dabei helfen, besser an Dürre und Nährstoffmangel angepasste Maissorten zu züchten.

Quelle: Uni Bonn

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Im Pflanzenblatt organisieren Zellen selbst eine optimale Fläche für Photosynthese

Welche genetischen Mechanismen das flächige Wachstum der Blätter steuern, haben Dr. Emanuele Scacchi und Professorin Marja Timmermans vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen der Universität Tübingen analysiert. Gemeinsam mit einem internationalen Team schildern sie im Fachblatt Nature Plants, wie eine Art eingebautes GPS jede Blattzelle über ihre relative Position im wachsenden Blatt informiert. Das Ordnungsmuster entspricht einem biologischen Konzept der Selbstorganisation, das der legendäre Mathematiker und Denker Alan Turing vorhergesagt hatte. In der aktuellen Studie hatte ein Team aus der Mathematik und praktischen Biologie zusammengearbeitet, um mit Hilfe von Computermodellen, Methoden der molekularen Genetik und bildgebenden Verfahren am lebenden Organismus die Prozesse zu verfolgen. Das Team entdeckte, dass im wachsenden Blatt sogenannte kleine RNAs eine entscheidende Rolle bei der Steuerung spielen. Als mobile Boten sind sie bei der Kommunikation der Zellen untereinander im Einsatz und helfen den Zellen, ihre relative Position zueinander im Gefüge wahrzunehmen – wie ein GPS. Außerdem übermitteln die kleinen RNAs Informationen, über die koordiniert wird, welche Gene jeweils an der Ober- und Unterseite aktiviert oder gehemmt werden müssen, damit das Blatt die richtige Form und Funktion erhält.

Quelle: Uni Tübingen

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Genomsequenz der Schattenmorelle entschlüsselt

Die Steppenkirsche, hier als blühender Strauch, ist nachweislich ein Elternteil der heutigen Sauerkirscharten. Foto (von oben): Thomas Wöhner, JKI

Mit neuartigen Technologien hat ein Forschungsteam das komplexe Erbgut der bedeutenden Sauerkirschsorte Prunus cerasus L. untersucht. Das Team unter Federführung des Julius Kühn-Instituts (JKI), der Universität Greifswald und der niederländischen Firma KeyGene zieht im Fachjournal Frontiers in Plant Science Rückschlüsse auf Entstehung der Obstart, das ein umpfangreiches, tetraploides Genom hat. In der Publikation beschreiben die Forschenden, wie sie mittels einer neuartigen Technologie, mit der lange DNA-Sequenzen erzeugt werden können, sowie Bioinformatik-Kniffen die Bausteine des Erbguts entschlüsselt haben. Mit der Genomsequenz der Schattenmorelle liegen nun alle wichtigen genetischen Daten vor, um Rückschlüsse auf die Entstehung der Sauerkirschen zu ziehen.

Quelle: JKI

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Spurensuche im Pflanzenmikrobiom mit DNA-Strichcodes

Aus Pflanzen gewonnene Pseudomonas capeferrum-Bakterien, die mit Hilfe des MoBacTag-Toolkits mit verschiedenen fluoreszierenden Tags markiert wurden. Grafische Darstellung: Jana Ordon

Um Bakterienstämme zu verfolgen, die Pflanzengewebe im Wettbewerb mit anderen Mitgliedern des Mikrobioms besiedeln, haben Forschende nun ein modulares Toolkit entwickelt. Das Team unter der Leitung von Paul Schulze-Lefert vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln (MPIPZ) hat die Studie in der Zeitschrift Nature Microbiology veröffentlicht. Bislang reichte die Erstellung von DNA-Sequenz-basierten Mikrobiota-Profilen nicht aus, um die tatsächliche genetische Vielfalt der mikrobiellen Gemeinschaft auf dem Pflanzenwirt zu erfassen. Das Toolkit wird als DNA-Strichcode für Bakterienstämme eingesetzt. Ein DNA-Strichcode wird zunächst in das Chromosom eines einzelnen Stammes einer Mikrobiomgemeinschaft eingefügt. Bei anschließenden Analysen von Mikrobiomprofilen auf Pflanzen wird der DNA-Strichcode als synthetisches mikrobielles Markergen betrachtet. Neben dem DNA-Strichcode wurden zudem genetische Bausteine für fluoreszierende Proteine eingebaut. Letztere ermöglichen es, mit hochempfindlichen Fluoreszenzdetektoren zu kartieren, wo ein kodierter Bakterienstamm in Konkurrenz zu anderen Mikrobiom-Mitgliedern pflanzliches Gewebe besiedelt. Getestet haben die Forschendend das Toolkit mit dem pflanzenwachstumsfördernden Bakterium Pseudomonas capeferrum.

Quelle: MPIPZ

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Feenkreise: Wasserstress verursacht Namibias Löcher im Gras

Drohnenaufnahme eines Autos im NamibRand-Naturreservat, eine der Feenkreisregionen in Namibia. Foto: Stephan Getzin

Namibias berühmte Feenkreise sind geheimnisvolle kreisförmige Kahlstellen im trockenen Grasland am Rande der Namib-Wüste. Ihre Entstehung wird seit Jahrzehnten erforscht und in jüngster Zeit viel diskutiert. Mit umfangreicher Feldarbeit haben Forschende der Universität Göttingen und der Ben-Gurion-Universität (Israel) untersucht, wie frisch gekeimte Gräser im Feenkreis absterben. Dazu haben sie 500 einzelne Graspflanzen in vier Regionen der Namib anhand von Messungen der Wurzel- und Blattlängen, statistischen Tests und vergleichenden Fotodokumentationen. Zudem nahmen sie viele hundert Messungen der Bodenfeuchte während und nach der Regenzeit 2023 und 2024 vor. Ihre Ergebnisse zeigen, dass sie durch Wassermangel im Feenkreis verkümmern. Der Oberboden, also die obersten 10 bis 12 Zentimeter des Bodens, wirken dabei als eine Art „Todeszone“, in der junge Gräser nicht dauerhaft überleben. Stattdessen sterben sie zwischen 10 und 20 Tage nach dem Regen. Dass sie dabei keine Spuren von Termitenfraß zeigen, widerlegt den Forschenden nach eine konkurrierende Theorie. Die Ergebnisse haben die Forschenden in der Fachzeitschrift Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics veröffentlicht.  

Quelle: Uni Göttingen

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Dreidimensionales Bild der Lebensgemeinschaften um Pflanzenwurzeln

Zwei experimentelle Anzuchtsysteme, die für die Untersuchung der Wurzelmikrobiota entwickelt wurden. Links: CD-Rhizotron, hier wachsen Pflanzen auf Erde; rechts: ArtSoil, bei dem Pflanzen auf einer Agar-Matrix mit erdähnlichen Eigenschaften gezogen. Foto: Eliza Loo, HHU

Die dreidimensionale Struktur des Mikrobioms bei Pflanzenwurzeln haben nun Forschende der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) untersucht. Die Forschenden nutzten dazu einen sogenannten „Multi-omics“-Ansatz. In der Fachzeitschrift Cell Host & Microbe berichten sie von unterschiedlichen räumlichen Zusammensetzungen, die sich auch auf den Stoffwechsel auswirken. Hierzu hatten sie zwei experimentelle Anzuchtsysteme entwickelt, mit denen sie die Wurzelmikrobiota von Arabidopsis analysieren können: CD-Hüllen-Rhizotrone und ArtSoil-Wachstumsmedien. Mit Hilfe dieser beiden Systeme wiesen sie eine räumliche Differenzierung der Mikroflora entlang der Längsachse der Wurzel organisierter Mikrobiota nach, eine entsprechende Differenzierung pflanzlicher Metabolite und der Stoffwechselaktivitäten. Hauptautorin Dr. Eliza Loo vom Institut für Molekulare Physiologie der HHU: „Mithilfe von bioinformatischen und genetischen Methoden identifizierten wir drei sogenannte SWEET-Zuckertransporter, die zur Verteilung von Zucker und anderen Stoffwechselprodukten entlang der Wurzel beitragen. Diese Transportmoleküle sind für die räumliche Besiedlung durch Wurzelbakterien erforderlich.“ „Die Erkenntnisse können dazu beitragen, die mikrobiellen Gemeinschaften zu optimieren und damit einen verbesserten Schutz der Pflanzen vor Krankheitserregern und so eine bessere Pflanzengesundheit zu erreichen", sagt Dr. Paloma Durán vom MPIPZ, die zweite Hauptautorin der Studie.

Quelle: HHU

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Pflanzenbestimmung per App ermöglicht phänologisches Monitoring

Märzenbecher im Isserstedter Forst. Foto: S. Hejja, MPI für Biogeochemie

Pflanzenbeobachtungen, die mit Pflanzenbestimmungs-Apps wie Flora Incognita gesammelt werden, erlauben Aussagen über die Entwicklungsstadien von Pflanzen - sowohl kleinräumig als auch europaweit. Das zeigen Forschende des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena und der Technischen Universität Ilmenau. Demnach können Pflanzenbestimmungen mit kostenlosen Smartphone-Apps wie Flora Incognita oder Meldedaten aus Plattformen wie iNaturalist Unterschiede in der Phänologie von Pflanzenarten abbilden und sind damit als neue, wachsende Datenquelle für weitere Forschungsfragen sehr gut geeignet. Die Studie ist am 6. März im Fachjournal npj Biodiversity  erschienen.

Quelle: MPI für Biogeochemie

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Simulation zeigt Verbreitung und Verbleib von Phytoplankton im Elbe-Ästuar

Das Elbeästuar. Foto: Uni Hamburg, GRK2530

Ein neues Modell des Elbe-Ästuars, welches die Bewegung von Phytoplankton untersucht, haben Forschende des Fachbereichs Biologie der Universität Hamburg sowie aus Neuseeland entworfen. Das neue Modell basiert auf Individuen des Elbe-Ästuars, das mögliche Rückhaltemechanismen für Phytoplankton untersucht. „Unsere Simulationen zeigen, dass das Aufsteigen in der Wassersäule den Fortbestand begünstigt und dass Flussufer und Marschen für das Überleben von Phytoplankton-Populationen von wesentlicher Bedeutung sind“, sagt Doktorand Laurin Steidle vom Graduiertenkolleg 2530 der Universität Hamburg. Grund dafür ist, dass Phytoplankton-Organismen mit starkem Auftrieb oder dem Potenzial, sich in der Wassersäule nach oben zu bewegen, eher in flache Gebiete in der Nähe der Flussufer oder der Marschen transportiert werden, die Zufluchtsorte vor starken Strömungen bieten. Die Ergebnisse sind im Fachmagazin Nonlinear Processes in Geophysics veröffentlicht und tragen zum Verständnis bei, das für ein besseres ökosystembasiertes Management von Ästuaren erforderlich ist.

Quelle: Uni Hamburg

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Wie minimalistische Moleküle des pflanzlichen Immunsystems aktiviert werden

Substrat-induzierte Tröpfchenbildung einer pflanzlichen TIR-Domäne in vitro. Das TIR-Domänenprotein RPP1 wurde mit dem fluoreszierenden GFP verbunden, um die Tröpfchenbildung nach Zugabe von NAD+ oder ATP fluoreszenzmikroskopisch sichtbar zu machen. Aufnahme: Wen Song und Li Liu

Die Phasentrennung, die beim Mischen von Öl und Wasser auftritt, spielt auch im Immunsystem von Pflanzen eine wichtige Rolle. Demnach muss eine wichtige Gruppe von Immunproteinen sich in Tröpfchen kondensieren, um aktiviert zu werden und dadurch Pflanzen vor Infektionen mit mikrobiellen Krankheitserregern zu schützen. Die Forschenden um Jijie Chai von der Westlake University, China, Jane Parker und Paul Schulze-Lefert vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln (MPIPZ), haben nun herausgefunden, dass sich die Toll/Interleukin-1-Rezeptor(TIR)-Domänen-Proteine bei steigender Konzentration in den Pflanzenzellen wie Öltropfen im Wasser verteilen - ein typisches Merkmal von Proteinen, die sich untereinander vernetzen - und so die immunbedingte Zelltodreaktion auslösen. Außerdem sind diese Protein-Ensembles in Pflanzenzellen nicht statisch, da sich die TIR-Domänen-Proteine ständig in die Tröpfchen hinein und aus ihnen heraus bewegen. Durch die Konzentration und Organisation von Enzymansammlungen ist die Phasentrennung ein wirksames Mittel zur Verfielfachung der TIR-Enzymaktivität. Obwohl bekannt war, dass dieses Phänomen für pflanzliche Immunreaktionen wichtig ist, war bisher unklar, warum. Die Studie ist in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Quelle: MPIPZ

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Weintrauben der Sorte Muscaris: Molekulares Geheimnis um Litschi-Note gelüftet

Erstmals ist es Forschenden gelungen, die Geruchsstoffe zu identifizieren, die für die charakteristische Litschi-Note von Trauben der Rebsorte Muscaris verantwortlich sind. Die neuen Erkenntnisse sind Basis für weitere Studien, die untersuchen, inwieweit die aromarelevanten Verbindungen aus den Trauben in Wein übergehen. Gleichzeitig bieten sie eine wissenschaftliche Grundlage für die gezielte Züchtung innovativer und widerstandsfähiger Rebsorten mit ausgeprägt fruchtigen Aromaeigenschaften. „Die Ergebnisse unserer Geruchsstoffanalysen sind wegweisend für die weitere Aromaforschung an Rebsorten wie Muscaris. Die frei verfügbaren Studiendaten [im Journal of Agricultural and Food Chemistry] eröffnen zudem neue Perspektiven für die Zukunft des Weinbaus, da sich fruchtige Weine einer immer größer werdenden Beliebtheit erfreuen“, resümiert Studienleiter Martin Steinhaus, der am Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie die Arbeitsgruppe Food Metabolome Chemistry leitet.

Quelle: Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie

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Als ausgestorben deklarierte kleinste Seerose der Welt in Ruanda wiederentdeckt

Die kleinste Seerose Nymphaea thermarum wird nun besonders geschützt. Foto: Siegmar Seidel, Uni Koblenz

Die kleinste Seerose der Welt ist doch nicht ausgestorben und wird nun besonders geschützt. Die Seerose Nymphaea thermarum, deren Blüte nicht größer als ein Ein-Cent-Stück groß wird, ist ein Lokal-Endemit, die weltweit in der Natur lediglich in Quellbächen wächst - in einem Gebiet, das kleiner als ein Fußballfeld ist. Somit galt diese Pflanze seit ihrer Entdeckung als extrem gefährdet, da nahegelegene Landwirtschaft und Bergbau ihren Lebensraum stark einengten. Durch intensiver werdende Landwirtschaft und durch Ausweitung des Bergbaugebiets kam es zum Verschwinden der Seerosen-Art in der Natur. Zuletzt wurde sie noch im Jahr 2008 in ihrem natürlichen Lebensraum gesehen, sie wurde aber im Jahr 2010 durch die International Union for Conservation of Nature (IUCN) als ausgestorben-in-der-Natur deklariert. Im Juli / August 2023 entdeckten Forschende der Universität Koblenz unweit des ursprünglichen Standorts eine neue oder überlebende Population dieser kleinsten Seerose der Welt. Die Freude über ihre Wiederentdeckung ist auch bei ihrem Erstentdecker Prof. Dr. Eberhard Fischer groß. Über die Widerentdeckung berichten sie im Februar im Fachjournal Oryx.  

Quelle: Uni Koblenz

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Neue Formel zur Berechnung von Ökosystem-Dienstleistungen

Regierungen suchen weltweit neue Ansätze, um den Nutzen und Wert von Ökosystemen angemessen zu bewerten. Dies soll helfen, die Konsequenzen von Naturzerstörung in politischen Entscheidungsprozessen sichtbarer zu machen. Ursprünglich im Auftrag der britischen Regierung hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Moritz Drupp von der Universität Hamburg vom Exzellenzcluster Climate, Climatic Change, and Society (CLICCS) nun einen neuen Berechnungsansatz vorgeschlagen. In bisherigen Rechenmethoden wird lediglich der heutige finanzielle Gegenwert von Ökosystemdienstleistungen einbezogen. Tatsächlich aber steigt die Wertschätzung für Natur mit der Zeit. „Unsere Studie stellt Regierungen eine Formel zur Verfügung, mit denen die zukünftigen Werte von knappen Ökosystemdienstleitungen abgeschätzt und in Entscheidungen berücksichtigt werden können“, so Drupp. Zwei Faktoren bestimmen diese Wertanpassung maßgeblich. Werden diese Faktoren berücksichtigt, muss der Wert von Ökosystemdienstleistungen in heutigen Kosten-Nutzen-Analysen sehr viel höher angesetzt werden; nach der neu entwickelten Formel allein um mehr als 130 Prozent, wenn lediglich das steigende Einkommen über die kommenden 100 Jahre berücksichtig wird. Die Wertanpassung für schrumpfende Ökosysteme fällt nochmals höher aus. Die neue Formal mit Beteiligung der Uni Leipzig stellen die Forschenden im Fachmagazin Science vor.

Quelle: Uni Hamburg

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Neue Lebensräume beeinflussen Pflanzenabwehr

Duftsammlung von den Spitzwegerichtpflanzen. Foto: Sybille Unsicker, MPI-ICE

Ob sich die chemische Verteidigung von Pflanzen verändert, wenn sie sich in neuen geographischen Regionen etablieren, hat ein internationales Team von Forschenden analysiert. Gewächshausversuche mit Populationen des Spitzwegerichs (Plangato lanceolata) aus verschiedenen Ländern und Kontinenten, zeigten, dass eingewanderte bzw. eingeführte Spitzwegerich-Populationen unter Berücksichtigung von Klimafaktoren ihres Lebensraums eine höhere chemische Abwehrkraft aufwiesen, ohne dass ihr Wachstum beeinträchtigt war. Das zeigen die Arbeitsgruppen um Sybille Unsicker von der Universität Kiel und ehemalige Gruppenleiterin am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie (MPI-ICE) und Christiane Roscher, die am Umweltforschungszentrum UFZ und dem Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung iDiv forscht. Die im Fachjournal Functional Ecology veröffentlichten Ergebnisse widerlegen gängige Theorien und belegen, wie schwierig es ist, allgemeingültige Annahmen in der Ökologie zu formulieren.

Quelle: MPI-ICE

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Waldwirtschaft im Klimawandel: Extremes Wetter erhöht Investitionsrisiko

Stürme, Trockenheit und Schädlingsbefall sorgen für Waldschäden im Harz. Foto: Carola Paul, Uni Göttingen

Ob eine Steigerung der Baumartenvielfalt als Anpassungsstrategie aus forstbetrieblicher Perspektive auch unter kurzfristigeren extremen Wetterereignissen vielversprechend ist, hat ein interdisziplinäres Forschungsteam der Universität Göttingen, der Nordwestdeutschen Forstlichen Versuchsanstalt und dem Natural Resources Institute Finland (Luke) nun untersucht. Die Ergebnisse offenbaren ein Investitionsrisiko: Weil eine Pflanzung und Pflege vielfältiger Wälder teurer ist, werden die Kosten für die Wiederbewaldung oft nicht mehr durch die spätere Holznutzung gedeckt, wenn Störungen das Wachstum der Bäume frühzeitig beenden. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Scientific Reports erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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Mikroalge mit ungewöhnlichem Chloroplasten

Schnitt durch eine Zelle der Mikroalge Prorocentrum cordatum. Der Zellkern mit den Chromosomen befindet sich auf der rechten Seite. Ein einzelner Chloroplast umhüllt praktisch das gesamte Zellinnere. Aufnahme: AG Allgemeine und Molekulare Mikrobiologie, Uni Oldenburg

Eine besondere Organisation der Photosynthese zeigt die einzellige Meeresalge Prorocentrum cordatum, die auch in Algenblüten vorkommt. Ein Forschungsteam um den Mikrobiologen Prof. Dr. Ralf Rabus von der Universität Oldenburg hat die ungewöhnliche Zellbiologie der weltweit verbreiteten Art aus der Gruppe der Dinoflagellaten („Panzergeißler“) erstmals sowohl auf molekularbiologischer Ebene als auch mit bildgebenden Verfahren detailliert untersucht. Wie das Team jetzt in der Zeitschrift Plant Physiology berichtet, ist die Photosynthese der Einzeller ungewöhnlich organisiert, was ihnen helfen könnte, mit wechselnden Lichtverhältnissen im Meer zurecht zu kommen. Demnach hat die Alge eine besondere dreidimensionale Form der Chloroplasten, dessen Form einem Fass ähnelt und der 40 Prozent des Zellvolumens einnimmt, wie das Team mit Hauptautorin Jana Kalvelage mit einem Rasterelektronenmikroskop mit fokussiertem Ionenstrahl der Ludwig-Maximilians-Universität München herausfand. Bei P. cordatum identifizierte das Team eine einzelne, aus zahlreichen Proteinen zusammengesetzte große Struktur, einen sogenannten Megakomplex, in dem die Sonnenenergie in biochemische Energie umgewandelt wird - anders als in Pflanzen wie etwa Arabidopsis, wo die verschiedenen Schritte der Photosynthese räumlich getrennt ablaufen. Die Ergebnisse der Studie könnten dazu beitragen, das Auftreten schädlicher Algenblüten, die durch den Klimawandel möglicherweise begünstigt werden, in Zukunft besser zu verstehen.

Quelle: Uni Oldenburg

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Kopiermaschine der Chloroplasten in 3D

Erstmals gelang Forschenden ein tiefer dreidimensionaler Einblick in die Kopiermaschine von Chloroplasten. Die Forschenden stellen im Fachjournal Molecular Cell die RNA-Polymerase PEP der Chloroplasten hochaufgelöst in 3D vor. Die detaillierte Struktur bietet neue Einblicke in die Funktion und Evolution dieser komplexen zellulären Maschine, die eine Hauptrolle beim Ablesen der genetischen Bauanleitungen von Photosynthese-Proteinen spielt. Die Kopiermaschine selbst besteht aus einem mehrteiligen Basis-Komplex, dessen Protein-Untereinheiten im Chloroplasten-Genom kodiert sind, sowie mindestens zwölf angelagerten Proteinen, PAPs genannt. Für diese steuert das Kern-Genom der Pflanzenzelle die Baupläne bei. „Bislang konnten wir zwar ein paar wenige Einzelteile der Chloroplasten-Kopiermaschine strukturell und biochemisch charakterisieren, aber ein präziser Einblick in ihre Gesamtstruktur und die Funktionen der einzelnen PAPs fehlte“, erläutert Prof. Dr. Thomas Pfannschmidt, Professor am Institut für Botanik der Leibniz Universität Hannover, der die Ergebnisse gemeinsam mit seinem Team sowie Forschenden des Max-Planck-Instituts für Multidisziplinäre Naturwissenschaften erzielte.  

Quelle: Uni Hannover

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Neuartige Wirkstoffe bieten Pflanzen Schutz vor Viren

Pflanzen lassen sich mit speziell hergestellten Molekülen auf Basis von RNA oder DNA sicher vor Viren schützen. Das zeigt ein Team der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in einer neuen Studie im International Journal of Molecular Sciences am Beispiel eines gängigen Virus. Mit den speziell hergestellten Wirkstoffen konnten die Forschenden den Virenbefall in bis zu 90 Prozent der Fälle abwehren. Außerdem entwickelten sie eine Methode, um genau auf das Virus abgestimmte Substanzen finden zu können. Dieses Verfahren hat das Team nun patentieren lassen.

Quelle: MLU

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Dichtestress verstärkt Absterben von Bäumen - das könnte die höhere Artenvielfalt tropischer Wäldern erklären

Mo Singto Wald in Thailand. Foto: Lisa Hülsmann, Uni Bayreuth

Wenn ein Baum von vielen gleichartigen Individuen umgeben ist, steigt seine Mortalität an, was wahrscheinlich durch spezialisierte Krankheitserreger oder Pflanzenfresser verursacht wird. Dieser Effekt tritt in Wäldern auf der ganzen Welt auf, ist aber bei seltenen tropischen Baumarten ausgeprägter, was zu der erstaunlichen Baumartenvielfalt tropischer Wälder beitragen könnte. Dies fand ein Team von 52 Wissenschaftler*innen unter der Leitung von Lisa Hülsmann, Professorin für Ökosystemanalyse und -simulation an der Universität Bayreuth, und Florian Hartig, Professor für Theoretische Ökologie an der Universität Regensburg, heraus. Ihre Ergebnisse wurden nun in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Quelle: Uni Bayreuth

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Neues Verfahren zur Bewertung von Klimawandel-Risiken für Ökosysteme

Wüsten wie die im Saguaro Nationalpark breiten sich durch den Klimawandel weiter aus. Foto: Timo Conradi, Uni Bayreuth

Die Bayreuther Pflanzenökologen Prof. Dr. Steven Higgins und Dr. Timo Conradi plädieren dafür, die kommenden klimatischen Veränderungen aus der Sicht von Pflanzen zu interpretieren, um die Risiken des Klimawandels für Ökosysteme besser abschätzen zu können. Wenn Informationen über die physiologischen Reaktionen von Pflanzenarten auf veränderte Temperaturen, Bodenwassergehalte und atmosphärische CO2-Konzentrationen berücksichtigt werden, sind die Konsequenzen des Klimawandels für Ökosysteme besser vorhersagbar. Dies berichten sie in einem aktuellen Beitrag in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution.

Quelle: Uni Bayreuth

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Moore: Wiedervernässung & Bewirtschaftungsänderung wirken Klimawandel entgegen

Open top Chambers - Plexiglaushauben zur Messung von Treibhausgasemissionen. Foto: Matthias Drösler (c): HSWT

Eine Studie des Peatland Science Centre (PSC) der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT) zu Auswirkungen der Wiedervernässung und Klimaerwärmung auf Intensivgrünland sowie extensives Seggengrünland unterstreicht die Notwendigkeit für entschlossene Anpassungsmaßnahmen. Das PSCuntersuchte in einer Feldstudie auf landwirtschaftlich genutztem Grünland auf organischen Böden die Auswirkungen der Wiedervernässung und der prognostizierten Klimaerwärmung auf Intensivgrünland und auf extensiv bewirtschaftetes Seggengrünland. Die Versuchsvarianten für die beiden Grünlandtypen waren entwässerte bzw. wiedervernässte Bedingungen, Umgebungsbedingungen bzw. Erwärmung sowie eine Kombination von Wiedervernässung und Erwärmung. Gemessen wurde der Netto-Ökosystemaustausch von CO2, Methan und Lachgas sowie die Biomasse-Erträge. Die Ergebnisse des ersten Jahres der Treibhausgasmessungen nach der Verpflanzung erwachsener Carex-Bodenmonolithen, einschließlich des kontrollierten Anstiegs von Wasserstand und Temperatur hat das Team in der Fachzeitschrift Biogeochemistry veröffentlicht. Bei allen Varianten wurden höhere Lachgasemissionen als erwartet festgestellt. Dies war vor allem für die wiedervernässten Intensivwiesen und die Carex-Varianten unerwartet, aber größtenteils darauf zurückzuführen, dass der Beginn der Wiederbefeuchtung mit Frost-Tau-Zyklen zusammenfiel. Dies hat jedoch keinen Einfluss auf die Gesamtergebnisse zu den Minderungs- und Anpassungstrends. Es stellte sich heraus, dass wärmere Bedingungen die gesamten Treibhausgasemissionen des entwässerten Intensivgrünlands um nahezu 40 Prozent auf rd. 67 Tonnen CO2-Äquivqlent pro Hektar und Jahr erhöhten. Die Umstellung der Grünlandbewirtschaftung auf die Seggen-Paludikultur führte zu der größten Treibhausgasreduzierung. Überraschenderweise stellte sich heraus, dass diese starke Senke auch unter den simulierten warmen Bedingungen aufrechterhalten werden. Das Emissionsreduktionspotenzial für die Seggen-Paludikultur betrug minus 80 Tonnen CO2-Äquivalent pro Hektar und Jahr.

Quelle: HSWT beim idw

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Hohe wirtschaftliche Schäden durch invasive Wasserpflanzen

Auf mehr als 32 Milliarden US-Dollar summierten sich zwischen 1975 und 2020 die bekannten Gesamtkosten invasiver Wasserpflanzen für die Weltwirtschaft. Das hat ein Team unter Leitung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) und des Institute for Global Food Security der irischen Queen's University Belfast errechnet. Dabei waren die Kosten für invasive Pflanzen in Süßgewässern mit 65 Prozent wesentlich höher als in Brackwasser oder marinen Ökosystemen. Die Forschenden identifizierten auch die Regionen und Sektoren, die am stärksten von den Kosten betroffen waren, und listeten im Fachmagazin Science of The Total Environment die zehn kostenintensivsten Wasserpflanzen auf.

Quelle: IGB

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Schlüsselprotein bei der Chromatin-Regulierung in Arabidopsis thaliana identifiziert

Die Kernmatrix, eine Art von Stützgerüst für das Chromatin in eukaryotischen Zellen, ist eine seit Jahrzehnten bekannte Struktur. Wie sie den Chromatin-Status in Pflanzenkernen beeinflusst, war bisher weitgehend unklar. Ein internationales Forschungsteam unter Führung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) hat nun erstmals die genomweite Verteilung von Regionen untersucht, die in Pflanzen durch die Kernmatrix verankert sind. Außerdem klärten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die besondere Rolle des Proteins AHL22 bei der Steuerung mehrerer Regulatoren auf. Ihre Ergebnisse wurden am 12. Februar in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: IPK (pdf)

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Biomolekulare Kondensate – Schaltzentralen für die pflanzliche Eisenversorgung

Pflanzen benötigen zur Eisenaufnahme spezielle Transkriptionsfaktoren und Licht. Werden sie mit blauem Licht bestrahlt, akkumulieren die Transkriptionsfaktoren in biomolekularen Kondensaten im Zellkern, die als molekulare Schaltstellen dienen können. Grafik: Erzeugt mit BioRender.com von Ksenia Trofimov, HHU

Wie eine Studie zeigt, verhalten sich regulatorische Proteine für die Eisenaufnahme im Zellkern besonders dynamisch, wenn die Zellen mit blauem Licht bestrahlt werden, einem wichtigen Signal für das Pflanzenwachstum. Das Forschungsteam vom Institut für Botanik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) um Prof. Dr. Petra Bauer beschreibt im Journal of Cell Biology, dass sich die zunächst homogen verteilten Proteine kurze Zeit nach der Bestrahlung eng aneinanderlegten und sich im Zellkern zu „biomolekularen Kondensaten“ vereinen.

Quelle: HHU

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Veränderung der zirkadianen Uhr passt Gerste an kurze Wachstumsperioden an

Gersten-Pflanzen, welche die LWD1-Mutation tragen, blühen in kurzen Tagen früher als Wildtyp-Pflanzen ohne diese Mutation. Grafik: Gesa Helmsorig, HHU

Damit Pflanzen zur richtigen Jahreszeit blühen, besitzen sie eine innere Uhr, mit der sie die Tageslichtlänge messen können. Eine Studie von Biologinnen und Biologen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) berichten in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Plant Physiology, dass die Mutation eines bestimmten Gens den Blühzeitpunkt der Gerste nahezu unabhängig von der Tageslänge macht. Um Pflanzen an verschiedene Anbaugebiete, Klimazonen und Photoperioden anzupassen, ist eine wichtige Stellschraube, die Reaktion der Kulturpflanzen auf unterschiedliche Tageslängen zu verändern. Diese Mutation kann daher nützlich für die Züchtung von Sorten sein, die an veränderte Klimabedingungen mit relativ warmen Wintern und heißen, trockenen Sommern angepasst sind.

Quelle: HHU

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Live fast, die young: Landwirtschaft verändert ganze Ökosysteme

Von Pflanzen und Schmetterlingen bis hin zu Pilzen und Mikroorganismen im Boden: In landwirtschaftlich genutztem Grasland setzen sich im gesamten Ökosystem Lebewesen mit „schnelleren“ funktionalen Strategien durch. Foto: Manning, Senckenberg

Organismen-Gemeinschaften passen sich kollektiv an Graslandnutzung an. Ein Forschungsteam um Prof. Dr. Peter Manning vom Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum Frankfurt und Dr. Margot Neyret von der Universität Grenoble Alpes hat die Auswirkungen landwirtschaftlicher Graslandnutzung auf Organismen- Gemeinschaften untersucht. Ihre jetzt im wissenschaftlichen Fachjournal Nature Communications veröffentlichte Studie zeigt erstmals, dass Eingriffe wie Düngung und Mahd Lebewesen auf allen Ebenen eines Ökosystems – und über sämtliche Nahrungsketten hinweg – beeinflussen und damit das gesamte System beschleunigen.

Quelle: Senckenberg

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Wie werden entwaldete Landflächen in Afrika genutzt?

Mit Satellitendaten und Methoden Maschinellen Lernens gelingt es, 15 Landnutzungsformen zu identifizieren und zu lokalisieren – vom Anbau verschiedener Nutzpflanzen wie Kaffee, Kakao und Kautschuk, über Weideland bis Bergbau. Das zeigt eine Studie in Nature Scientific Reports. Die hochauflösenden Karten können helfen, die fortschreitende Entwaldung in den Tropen einzudämmen. Das ist auch hilfreich zur Umsetzung einer neuen EU-Verordnung zum Nachweis „entwaldungsfreier Lieferketten“. Dies liefert die Studie von Forschenden um Robert N. Masolele und Johannes Reiche von der Wageningen University in den Niederlanden und Martin Herold vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam, die im Fachmagazin Scientific Reports erschienen ist.

Quelle: GFZ

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Wie das Schaumkraut Sprengkraft aufbaut

Das Behaarte Schaumkraut (Cardamine hirsuta) kann seine Samen wie Geschosse abfeuern mit einer Geschwindigkeit bis zu zehn Meter pro Sekunde. Foto: Angela Hay, MPI für Pflanzenzüchtungsforschung

Das Behaarte Schaumkraut gehört zu den Pflanzen, die ihre Samen zur effektiven Verbreitung wie Geschosse in alle Richtungen schleudern. Nun hat ein Forschungsteam entdeckt, dass diese Art dafür einen bisher unbekannten Mechanismus verwendet, der wie eine Art Muskel wirkt und in den Schoten für die Kontraktion und Explosion verantwortlich ist. Dr. Gabriella Mosca vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen der Universität Tübingen war eine Hauptautorin der Studie, die unter der Leitung von Dr. Angela Hay vom Max-Planck-Institut (MPI) für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln stand. Sie wurde im Fachmagazin Current Biology veröffentlicht.

Quelle: Uni Tübingen

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Asexuelle Vermehrung von Kulturpflanzen rückt näher

Samenanlage mit grosser, sich teilender Zentralzelle im Zentrum (Zellkern in gelb) umgeben vom Gewebe der Mutterpflanze (violett). Aufnahme: Sara Simonini, Universität Zürich

Werden die weiblichen Keimzellen in Pflanzen befruchtet, aktiviert ein Signal aus den Spermien die Zellteilung und neue Pflanzensamen werden gebildet. Diese Aktivierung lässt sich auch ohne Befruchtung gezielt auslösen, wie Forschende der Universität Zürich im Fachjournal Science zeigen. Dies eröffnet neue Wege für die asexuelle Vermehrung von Kulturpflanzen.

Quelle: Uni Zürich

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Amazonas-Regenwald auf der Kippe: Waldverlust verstärkt den Klimawandel

Der Amazonas-Regenwald könnte sich einem Kipppunkt nähern, der zu einem großflächigen Zusammenbruch mit schwerwiegenden Auswirkungen auf das globale Klima führen könnte. Eine im Fachmagazin Nature veröffentlichte Studie eines internationalen Forschungsteams unter Beteiligung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) zeigt, dass bis zu 47 Prozent des Amazonaswaldes betroffen sein können und identifiziert zugleich kritische Grenzwerte für Klima- und Landnutzungsveränderungen, die nicht überschritten werden sollten, um die Widerstandsfähigkeit des Amazonas zu erhalten.

Quelle: PIK

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Drei Viertel der Vegetationstypen in Amerika nicht ausreichend geschützt

Barranca de Huentitan ist eine Schlucht, die durch den Rio Grande de Santiago in Mexiko geschaffen wurde. Hier finden sich verschiedene Vegetationsytpen: Tropischer Regenwald, Laub- und Auenwälder sowie Sekundärvegetation. Foto: Emmanuel Oceguera Conchas, iDiv

In Nord-, Mittel- und Südamerika erfüllen Drei Viertel der verschiedenen Vegetationstypen nicht die Zielvorgabe der Globalen Biodiversitätskonvention, 30 % der weltweiten Land- und Meeresflächen unter Schutz zu stellen. Das hat eine internationale Studie unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) ergeben, die in Global Ecology and Conservation veröffentlicht wurde. Diese umfasst über 300 Vegetationstypen, die die spezifischen Pflanzengemeinschaften und lokalen Umweltbedingungen berücksichtigen. Die Studie zeigt außerdem, dass über 40 % der bedrohten Vogel- und Säugetierarten vor allem in einem einzigen Vegetationstyp vorkommen. Dadurch könnten sie vom Aussterben bedroht sein, wenn diese kritischen Lebensräume nicht ausreichend geschützt werden.

Quelle: iDiv

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Pestizid-Ausbreitung im Vinschgau vom Tal bis in die Gipfelregion

Auf Basis der Funde an 53 Standorten (schwarze Punkte) wurde die Verteilung der Anzahlen von Pestiziden in der Umwelt modelliert. Grafik: Jakob Wolfram, RPTU

Der Vinschgau im Westen Südtirols ist das größte zusammenhängende Apfelanbaugebiet in Europa. Der Südtiroler Apfel ist bekannt für sein perfektes Aussehen. Dafür werden in der Produktion oft große Mengen an Pestiziden eingesetzt. Eine Studie der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) und der Universität für Bodenkultur in Wien (BOKU), die in der Zeitschrift Nature Communications Earth & Environment erschien, zeigt, dass diese Pestizide nicht auf der Anbaufläche bleiben, sondern im ganzen Tal bis in Höhenlagen zu finden sind. Die festgestellten Pestizidmischungen der vielen Stoffe können sich schädlich auf die Umwelt auswirken.

Quelle: RPTU

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Paarung der Chromosomen steuert Verteilung genetischen Materials

Darstellung von Staubbeuteln, Pollen und Meiozyten in der Schnabelriede. Foto und (c): Ulla Neumann, Marco Castellani, Thiago do Nascimento, Rob Kesseler. MPIPZ

Ein Forschungsteam konnte Einblicke in die Kontrollmechanismen der genetischen Rekombination gewinnen. Für ihre Studie nutzten die Forschenden um André Marques vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln (MPIPZ) die Schnabelriede, eine grasartige Blütenpflanze (Rhynchospora breviuscula), ein hervorragendes natürliches Werkzeug zur Untersuchung der Entstehung genetischer Rekombination. Die Modellpflanze besteht im Gegensatz zu Pflanzen deren Chromosomen nur ein Zentromer besitzen (monozentrische Pflanzen) aus Chromosomen mit Hunderten von kleinen Zentromeren, die in einer Linie über das Chromosom angeordnet sind. Mit diesem so genannten holozentrischen Chromosomen schließen die Forschenden den Einfluss eines lokalisierten Zentromers ebenso aus, wie die in Abschnitte unterteilte Organisation eines Chromosoms, bei der Zentromere und Gene gleichmäßig über das Chromosom verteilt sind. Zum ersten Mal gelang es den Forschenden, eine genetische Rekombinationskarte in einer holozentrischen Pflanze zu erstellen und das Auftreten von genetischem Materialaustausch zu analysieren. Im Gegensatz zu monozentrischen Chromosomen trat die Crossing-Over-Aktivität auch in der Nähe der Zentromere auf. Auffallend ist jedoch, dass der genetische Austausch ungleichmäßig über die Chromosomen verteilt war - mit einer höheren Konzentration an den Enden der Chromosomen. Darüber hinaus zeigt das Team in der Fachzeitschrift Nature Plants, zeigen, dass die Verteilung der Crossing-Overs von der Verteilung genetischer und epigenetischer Chromosomenmerkmale weitgehend unbeeinflusst blieb. Die Zentromer Region sowie epigenetischen Regulierungen scheinen also nicht der Hauptfaktor für die Steuerung der Crossing-Over-Verteilung zu sein. Stattdessen schlagen Marques und sein Team vor, dass das Verhalten während der Paarung homologer Chromosomen die primäre Triebkraft für ein Crossing-Over ist, wobei die Telomere, spezifische Strukturen an den Enden jedes Chromosoms, eine Schlüsselrolle spielen.

Quelle: MPIPZ

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Nahezu vollständige Genomversion von Physcomitrium patens veröffentlicht

Das Kleine Blasenmützenmoos (Physcomitrium patens). Foto: Rensing-Lab

Ein Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Freiburg hat neue Daten zum Genom der Modellpflanze in der Fachzeitschrift Nature Plants veröffentlicht. Auch wenn das Kleine Blasenmützenmoos (Physcomitrium patens; früher: Physcomitrella patens) als Modellorganismus bereits verstehen half, die Evolution und Entwicklung von Pflanzen besser zu verstehen, enthielt das bisher bekannte Genom noch zahlreiche unvollständige oder fehlerhafte Bereiche. Ein internationales Forschungsteam hat nun eine neue, annähernd vollständige Genomversion vorgelegt. Sie zeigt unter anderem, dass das Genom des Mooses nur 26 und nicht, wie bisher vermutet, 27 Chromosomen umfasst. „Künftige Forschungen zur Evolution der Chromosomenstruktur werden von unseren Daten profitieren“, erklärt der Zellbiologe Prof. Dr. Stefan Rensing, Professor für Datenintegration und Systemmodellierung von eukaryotischen Modellorganismen an der Universität Freiburg und Mitautor der Studie. Konkret bedeutet die jetzt von dem Forschungsteam vorgelegte Genomversion, dass Wissenschaftler*innen mit größerer Sicherheit ableiten können, welche Gene in Moosen im Vergleich zu Blütenpflanzen erworben wurden und welche verloren gingen. Letztlich lässt sich damit die Evolution der Chromosomenstruktur – Centromere, Telomere und konservierte Genabfolgen – der Landpflanzen insgesamt besser verstehen.

Quelle: Uni Freiburg

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Schatteninduzierte Biomasseverteilung im Weizen

Wie sich die Biomasse auf einzelne Weizenorgane unter dem Einfluss von Beschattung verteilt und was die genetische Grundlage für die Veränderungen ist, hat das Team untersucht. Grafik: IPK

Wie Pflanzen neugebildete Biomasse auf die einzelnen Organe verteilen, beeinflusst u.a. die Aufnahme von Nährstoffen, die Fortpflanzung und Wechselwirkungen zwischen Pflanzen eines Bestandes. Die genetischen Regulationen, die diese Reaktionen der Pflanzen auf die Umwelt steuern, sind aber bisher weitgehend unbekannt. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) stellt im Fachjournal New Phytologist rekombinante Weizenlinien vor, die als Einzelpflanzen unter Sonnenlicht und simuliertem Schatten angebaut wurden. Das Forschungsteam nutzte einen neuen Ansatz, der Prinzipien aus der Pflanzenökologie und der quantitativen Genetik kombinierte und verfolgte zwei Ziele: Zum einen sollte die licht- und größenabhängige Verteilung der Biomasse analysiert werden. Zum anderen wollten das Team Gene identifizieren, die die Verteilung auf Blätter, Stängel, Ähren und Körner regulieren, wenn die Pflanzen von ihren Nachbarn im Bestand beschattet werden.

Quelle: IPK (pdf)

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Wie sich Pflanzen an kalte Umgebungstemperaturen und Frost anpassen

Mitgewirkt an der Studie haben neben Erstautorin Annalisa John auch Prof. Dr. Ekkehard Neuhaus (links), Prof. Timo Mühlhaus sowie Prof. Michael Schroda. Foto: Thomas Koziel, RPTU

Da Pflanzen nicht weglaufen können, müssen sie sich an herausfordernde Bedingungen anpassen können, um zu überleben. Welche Strategien sie nutzen, um auf schnell wechselnde Umweltbedingungen optimal zu reagieren, untersuchen Forschende vom Fachgebiet Pflanzenphysiologie an der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU). Doktorandin Annalisa John hat in ihrer Arbeit an der Modellpflanze Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) entschlüsselt, welche zellulären Mechanismen die Pflanze nutzt, um sich an kalte Umgebungstemperaturen und Frost anzupassen und dazu ihre Zellmembranen zu ändern. Demnach ist der Abbau des Transport-Proteins FAX1 (Fatty Acid Export Protein 1) durch das Enzym RBL11 Protease (Rhomboid-Like Protease1) in der Kälte für die Anpassung an geringe Umwelttemperaturen. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift The Plant Cell erschienen.

Quelle: RPTU

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Klimaerwärmung und invasive Art bedrohen Seegraswiesen im Mittelmeer

Die im Mittelmeer einheimische Seegrasart Posidonia oceanica wie hier bei Pozzuoli an der Westküste Italiens produziert nicht nur Sauerstoff, sondern bietet vielen Organismen Lebensraum. Foto: Stephanie Helber, ZMT

Der Anstieg der Meerestemperatur und des Salzgehalts im Mittelmeer sowie die Einwanderung invasiver Arten könnten dort die Struktur und biologische Vielfalt der Seegraswiesen gefährden, die eine wesentliche Funktion für die Meeresumwelt haben. Zu diesem Schluss kommt ein internationales Team von Forschenden unter Leitung des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) in einer Studie, die kürzlich in der Zeitschrift Science of The Total Environment erschienen ist.

Quelle: ZMT

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Wheat Blast-Pilzkrankheit bedroht globale Weizenproduktion im Klimawandel

Erstmals haben Forschende die Verbreitung von Wheat Blast im Klimawandel modelliert. Ein internationales Team von Forschenden um Prof. Senthold Asseng von der Technischen Universität München (TUM) hat nun festgestellt, dass die weitere Ausbreitung der Pilzkrankheit die globale Weizenproduktion bis 2050 um 13 % reduzieren könnte. Für die globale Ernährungssicherheit ist das Ergebnis dramatisch; v.a. tropische Regionen in Südamerika, Afrika und Asien sind besonders betroffen. Die Ertragseinbußen verschärfe die Ernährungsunsicherheit in den betroffenen Regionen weiter, berichten die Forschenden im Fachmagazin Nature Climate Change.

Quelle: TUM

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Gruppe von Enzymen hilft in Chloroplasten beim Stressabbau

Die Fluoreszenz von Biosensoren erlaubt es, Reduktions- und Oxidationsprozesse in lebenden Mooszellen zu verfolgen. Foto: AG Müller-Schüssele, RPTU

Die Glutaredoxin-Enzym-Gruppe kann helfen, oxidativen Stress abzubauen. Sie verhindert, dass reaktiver Sauerstoff bestimmte Proteine oxidiert. Sind diese Enzyme nicht vorhanden, können die Chloroplasten den Grundzustand nur langsam wiederherstellen, in dem die Proteine in reduzierter Form vorliegen. Veröffentlich hat das Forschungsteam um Professorin Dr. Stefanie Müller-Schüssele von der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) die Studie in der Fachzeitschrift Redox Biology. In der Studie stand das Kleine Blasenmützenmoos im Fokus der Untersuchung.

Quelle: RPTU

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Wie Seegräser das Meer eroberten

Kleines Neptungras (Cymodocea nodosa). Foto: Thorsten Reusch, GEOMAR

Seegräser entwickelten sich vor etwa 100 Millionen Jahren in drei unabhängigen Linien aus ihren im Süßwasser vorkommenden Vorfahren und sind die einzigen vollständig unter Wasser lebenden marinen Blütenpflanzen. Der Wechsel in eine so radikal andere Umgebung ist ein seltenes evolutionäres Ereignis – und er dürfte nicht einfach gewesen sein. Wie gelang den Seegräsern dieser Schritt? Neue hochqualitative Genome für drei Arten liefern Hinweise, die für den Erhalt von Seegras-Ökosystemen und deren nachhaltige Nutzung von Bedeutung sind, zeigt eine Studie im Fachmagazin Nature Plants. Dazu hatten eine internationale Gruppe von 38 Forschenden - darunter Professor Thorsten Reusch vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, drei der wichtigsten Seegras-Arten untersucht: das ikonische, nur im Mittelmeerraum vorkommende Neptungras (Posidonia oceanica), das weit verbreitete Kleine Neptungras (Cymodocea nodosa) und das in der Karibik endemische Schildkrötengras (Thalassia testudinum). Anschießend verglichen sie Genfamilien und genomische Modifikationen, die mit strukturellen und physiologischen Anpassungen verbunden sind: Seegräser haben sich nur drei Mal aus ihren Süßwasser-Vorfahren entwickelt – mit 84 zugehörigen Arten. Die Seegräser waren in der Lage, radikale Anpassungen durch Genomverdopplung vorzunehmen, wie sie oft mit starkem Umweltstress verbunden sind. Die drei unabhängigen Seegras-Linien haben demnach ihr gesamtes Genom vor etwa 86 Millionen Jahren verdreifacht. Die Ergebnisse ermöglichen es jetzt, experimentelle und funktionelle Studien voranzubringen, die für ein transformatives Management und die Wiederherstellung von Seegras-Ökosystemen besonders wichtig sind. Sie sind eine enorme Ressource für die Forschungsgemeinschaft, um auch die zukünftige Anpassungsfähigkeit von Seegras-Ökosystemen zu verstehen und möglicherweise gezielt zu erhöhen.

Quelle: GEOMAR

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Variabilität der Internodienverlängerung bei Gerste aufgeklärt

Die Hauptachsen von Gefäßpflanzen wie Gerste bestehen aus sich wiederholenden Grundeinheiten, sogenannten Phytomeren. Jeder Phytomer besteht aus einem Knoten, einem Seitenzweig und einem Internodium, dem Abschnitt zwischen zwei Knoten. Die Bildung der Knoten und die Verlängerung der Internodien sind dabei von entscheidender Bedeutung für die Fitness der Pflanze und ihren Ernteertrag; wie diese beiden Prozesse ablaufen, ist bisher aber weitestgehend unbekannt. Ein internationales Forscherteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) hat die Muster der Knotenbildung und der Internodienverlängerung deshalb systematisch untersucht. „Durch die Messung von 15.000 Datenpunkten, die die Länge und Anzahl der Phytomere von 2.500 Gerstenpflanzen mit großer genetischer Vielfalt repräsentieren, haben wir ein bisher nicht bekanntes Verlängerungsmuster für die Internodien entlang der Hauptachse aufgedeckt“, sagt Dr. Yongyu Huang, Erstautor der Studie, die jetzt im Journal Molecular Biology & Evolution veröffentlicht wurde.

Quelle: IPK (pdf)

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Pflanzen-Biodiversität sinkt mit Ankunft des Menschen

Ursprünglich sehr unterschiedliche Lebensräume werden weltweit immer ähnlicher durch den Einfluss des Menschen. Dies zeigen Wissenschaftler*innen einer internationalen Forschungskooperation in der Zeitschrift Nature Ecology & Evolution. „Die Welt verliert ihre Vielfalt“, sagt der Geoökologe Prof. Dr. Manuel Steinbauer von der Universität Bayreuth. „Wir belegen dieses Phänomen anhand von Inseln im Pazifik, auf denen sich mit der Ankunft des Menschen die Pflanzenzusammensetzung zwischen verschiedenen Inseln angeglichen hat. Mit der Zeit ähneln sich die Inseln immer stärker, wodurch die Biodiversität insgesamt abnimmt.“ Hauptursachen für diesen Trend sind den Forschenden zufolge menschliche Aktivitäten wie die Veränderung von Ökosystemen, die Einführung nicht-einheimischer Pflanzen- und Tierarten und dadurch das Aussterben oder Verschwinden einheimischer Arten.

Quelle: Universtität Bayreuth

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Komplexer Vorfahre der Landpflanzen fast eine Milliarde Jahre alt

Flüssige Proben von Grünalgen der Klebsormidiophyceae aus der Sammlung von Algenkulturen der Universität Göttingen. Foto: Tatyana Darienko, Uni Göttingen

Landpflanzen sind in ihren Bauplänen extrem vielfältig. Von allen Organismen, die Photosynthese betreiben, sind sie in ihren Formen und Strukturen am komplexesten. Mit ihnen eng verwandte Grünalgen sind einfacher gebaut: Die Lebewesen mancher Arten bestehen nur aus einer Zelle, andere Arten sind mehrzellig und etwa fadenförmig oder verzweigt. Wie hat sich die morphologische Komplexität im Laufe der Evolution herausgebildet? Dem sind Forschende unter Leitung der Universität Göttingen bei der Gruppe der Streptophyten auf den Grund gegangen, zu denen die Landpflanzen und viele Grünalgen gehören. Wie sie  in der Fachzeitschrift Current Biology schildern, kam dabei ein neuer Stammbaum heraus, der die Algen in drei Ordnungen gruppiert und neue Hinweise zu ihrem Ursprung gibt. Mit modernen Methoden blickten sie weit in die Vergangenheit und untersuchten Vorfahren, die lange vor den ersten Landpflanzen entstanden sind. Die neuen Erkenntnisse präzisieren die Verwandtschaftsverhältnisse in einer Gruppe von Grünalgen und datieren das Aufkommen des ältesten mehrzelligen Vorfahren auf fast eine Milliarde Jahre zurück. Dazu hatten sie Algen der Klebsormidiophyceae verwendet, die verschiedene Lebensräume besiedeln: aus den heißesten bis zu den kältesten Regionen, von der Atacama-Wüste bis zur Antarktis, aus Bächen, Flüssen, Seeufern, Mooren und Bergbaufolgelandschaften, von Boden, Felsen, Baumrinde, Sanddünen, Stadtmauern und Gebäudefassaden.

Quelle: Uni Göttingen

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Biodiversität im Zeitvergleich: Langzeit Studie aus Brandenburg veröffentlicht

Kleingewässer, wie dieser erfüllen wichtige Funktionen in Agrarökosystemen. Foto: Jörg Hoffmann, JKI

Die einmalige BioZeit-Studie identifiziert Schlüsselfaktoren zur Verbesserung der Artenvielfalt sowie Maßnahmen für den Biodiversitätsschutz. Die Studie des Julius Kühn-Instituts, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, zeigt: langfristig wirken sich deutliche Zunahme des ökologischen Anbaus, verbesserte Kleinstrukturen, schlaginterne Aufwertungen sowie eine Reduktion der Pestizidanwendungen positiv auf die Biodiversität in der Agrarlandschaft aus. In der BioZeit-Langzeitstudie wurden erstmalig zwischen 1991 und 2020 parallel die landwirtschaftlichen Nutzungen und die Biodiversität in Brandenburger Agrarlandschaften mit überwiegendem Ackerbauanteil erfasst. Dabei wurden die Auswirkungen der Bewirtschaftungen und der Landschaftsstrukturen auf die Biodiversität ermittelt. Analysiert wurden u. a. parallel die Anbaumethoden, die Anbaukulturen, die Kleinstrukturen, die floristische Artenvielfalt, die Segetalflora, die Tagfalter, die Vögel und bestimmte Maßnahmen, wie zusätzliche Kleinstrukturen und Pufferstreifen. Als Ergebnis des Forschungsprojekts wurden Schlüsselfaktoren zur Verbesserung der Artenvielfalt identifiziert sowie Maßnahmen abgeleitet für den Biodiversitätsschutz allgemein und insbesondere für den Insektenschutz in Ackerbaugebieten. Das Julius Kühn-Institut (JKI) hat nun den Abschlussbericht veröffentlicht (DOI: https://doi.org/10.5073/20230719-142513-0 ).

Quelle: JKI

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Eine neue Art von Metalloreduktase erhält das Wurzelwachstum bei Phosphormangel

In vielen Böden ist der wichtige Nährstoff Phosphor nur schlecht verfügbar. Ein Mechanismus, den Pflanzen nutzen, um die Verfügbarkeit zu erhöhen, ist die Freisetzung von Malat. Die organische Säure bildet mit Eisen oder Aluminium Komplexe und setzen damit Phosphat frei. Diese Reaktion kann jedoch auch zu einer erhöhten Eisenakkumulation führen, die das Wurzelwachstum hemmen kann. Ein Forschungsteam unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) fand heraus, dass das Protein HYP1 dazu beiträgt, die Wurzeln vor einer erhöhten Eisenreaktivität zu schützen, die als Reaktion auf Phosphormangel ausgelöst wird. Das schildern die Forschenden im Fachjournal Nature Communications.

Quelle: IPK (pdf)

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Neue Reislinien für Afrika schützen vor Viruserkrankung

Verschiedene Reispflanzen, sowohl Kontrollpflanzen als auch Mutanten, im Alter zwischen drei und vier Wochen nach der Inokulation. Foto: Laurence Albar, IRD

Das sogenannte Rice Yellow Mottle-Virus (kurz RYMV) verursacht in Afrika insbesondere bei Kleinbauern hohe Ernteverluste. Ein Forschungsteam von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und dem französischen Recherche pour le développement (IRD) hat nun mithilfe der Genomeditierung Reislinien erzeugt, die gegen das Virus resistent sind. Die Reissorten, deren Entwicklung sie in der Fachzeitschrift Plant Biotechnology Journal beschreiben, sind eine Vorstufe. Als nächster Schritt sollen nun relevante afrikanische Elitesorten auf gleiche Art editiert werden, um sie dann afrikanischen Kleinbauern zur Verfügung stellen zu können. Diesen Menschen zu helfen, ist Ziel des von der HHU geleiteten, internationalen Forschungskonsortiums Healthy Crops.

Quelle: HHU

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Veränderter Stoffwechselweg erhöht Stresstoleranz bei Tabakpflanzen

In der Studie wurden die Tabakpflanzen im Gewächshaus kultiviert. Foto und (c): Antje von Schaewen, Uni Münster

Pflanzenforschende entschlüsseln einen Mechanismus, der zu höheren Samenerträgen führt. Dabei werden Fettsäuren – zusätzlich zu Zucker – über die Nährstoffleitbahnen transportiert, wie das Team um Prof. Dr. Antje von Schaewen von der Universität Münster im Herbst im Fachmagazin The Plant Journal zeigte und heute der Öffentlichkeit bekannt gab. Dazu hatten sie gentechnisch veränderte Tabakpflanzen untersucht, die unter Stress mehr Biomasse produzieren als ihre nicht modifizierten Verwandten. So sorgt eine subtile Veränderung im Kohlenhydratstoffwechsel durch die sogenannte Enzym-Ersatz-Methode dafür, dass die Pflanzen verstärkt Fettsäuren aus den Blättern in die Blütenstände und Samen transportieren, dafür aber zehn Prozent weniger Zucker. „Fettsäuren können bis zu einer Kettenlänge von 18 Kohlenstoffatomen noch in freier Form transportiert werden. Längere Kohlenstoffketten sind beim Transport wahrscheinlich an spezielle Trägerproteine gebunden“, erläutert Antje von Schaewen, was der Situation im Blut von Tieren und Menschen ähneln würde, wo Fettsäuren und Cholesterol an Serum-Albumin gebunden transportiert werden. Durch die Pilotstudien in Tabak motiviert, könnte man nun das Prinzip auf weitere Nachtschattengewächse wie Kartoffel, Tomate und Paprika mittels der neueren CRISPR/Cas9-Technik (als Genschere bekannt) übertragen oder in anderen Pflanzenarten mit wenig fettreichen Samen ausprobieren, um die generelle Stresstoleranz sowie den Samenertrag und die Energiedichte der Samen zu erhöhen.

Quelle: Uni Münster

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Auswirkungen extremer Trockenheit werden weltweit unterschätzt

Ein internationales Forschungsteam aus 173 Forschenden hat die Zusammenhänge zwischen extremer Trockenheit, Biodiversität und Produktionseinbußen auf globaler Ebene untersucht. Mithilfe eines weltweiten Experiments an 100 Standorten auf sechs Kontinenten haben sie erkannt: Artenvielfalt im Wirtschaftsgrünland ist ein wirksamer Schutz vor Ernteausfällen bei Dürren. Die Studie mit Beteiligung von Prof. Dr. Anke Jentsch, Inhaberin der Professur für Störungsökologie und Vegetationsdynamik der Universität Bayreuth und ihrer Arbeitsgruppe wurde nun in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht.

Quelle: Uni Bayreuth

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Wie Bakterien erfolgreich Pflanzen besiedeln

Rhodanobacter-Bakterium, hier grün markiert, besiedelt eine Ackerschmalwand-Wurzel. Aufnahme: Jana Ordon

Forschende haben die zentralen Gene identifiziert, die von kommensalen Bakterien benötigt werden, um Pflanzen zu besiedeln. Die Herausforderung des Teams vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) war vorwiegend technischer Natur: wie kann man das Verhalten einzelner Stämme in einem Heuhaufen von Mikroben und der Pflanze selbst präzise charakterisieren? Um das Problem anzugehen, untersuchten Nathan Vannier, Erstautor der im Fachmagazin Nature Communications erschienen Studie, und Stéphane Hacquard die Besiedlung einzelner Mikroben auf den Wurzeln von Pflanzen in komplexen Gemeinschaften. Da sie die Identität der Bakterien kannten und über Referenzsequenzen für ihr genetisches Material verfügten, konnten sie charakterisieren, welche mikrobiellen Gene während der Pflanzenbesiedlung aktiviert oder unterdrückt wurden. Die von Hacquard und seinem Team angewandte Strategie ermöglichte es, sowohl die strukturelle als auch die funktionelle Organisation komplexer mikrobieller Gemeinschaften zu verstehen, die Pflanzenwurzeln besiedeln. Die identifizierten Gene werden möglicherweise von sehr unterschiedlichen Bakterien genutzt, um sich auf ihren Wirten anzusiedeln und dort zu überleben.

Quelle: MPIPZ

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Paludikultur fördert Biodiversität und bietet neue Lebenschancen für gefährdete Arten

Bisher gibt es kaum Daten darüber, wie die Artenvielfalt auf Paludikultur reagiert. Eine neue Studie, die im Oktober 2023 vom Journal Scientific Reports veröffentlicht und heute der Öffentlichkeit vorgestellt wurde, wirft Licht auf diese Thematik. Wie die Multi-Taxon-Studie unter der Leitung von Wissenschaftler*innen der Botanik und Landschaftsökologie sowie der Zoologie der Universität Greifswald, Partner im Greifswald Moor Centrum, zeigt, kann Paludikultur den Erhalt der Artenvielfalt in wiedervernässten Niedermooren unterstützen.

Quelle: Uni Greifswald

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Säuresensor und Kalziumspeicher in Pflanzen entdeckt

Mittels Optogenetik haben Forschende einen neuen Säuresensor in Pflanzenzellen nachgewiesen. Das Team um den Biophysiker Professor Rainer Hedrich von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) entdeckten zudem einen zellinternen Kalziumspeicher, wie es im Fachjournal Science berichtet. Dazu wurde ein lichtempfindlicher Protonenkanal aus einem Pilz, das Channelrhodopsin KCR2, für den Einsatz in Pflanzenzellen optimiert und in der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) eingebaut. So lassen sich nun auf einen Lichtimpuls hin gezielt Protonen in die Zellen schicken, um die Wechselbeziehungen zwischen Protonen und Kalziumionen zu analysieren. Darüber hinaus haben die Forschenden das KCR2 Gen zusammen mit dem ‚pHuji‘-Gen exprimiert, einem genetisch kodierten pH-Reporter. Über diesen Reporter lässt sich sehr einfach messen, welcher aktuelle pH-Wert in der Zelle herrscht, wenn KCR2 aktiviert wird.

Quelle: JMU

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Artenreiche Wälder geben weniger Duftstoffe ab als Monokulturen

Messungen auf der MyDiv-Fläche in Bad Lauchstädt im September 2022. Foto: Loreen Alshaabi, TROPOS

Pflanzen geben Duftstoffe ab, um zum Beispiel miteinander zu kommunizieren, Fressfeinde abzuwehren oder auf veränderte Umweltbedingungen zu reagieren. Ein interdisziplinäres Forschungsteam der Universität Leipzig, des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) hat in einer Studie untersucht, wie die Artenvielfalt den Ausstoß dieser Stoffe beeinflusst. Erstmals konnte so gezeigt werden, dass artenreiche Wälder weniger weniger biogene flüchtige organische Verbindungen (BVOCs) in die Atmosphäre abgeben als Monokulturen, wie das Forschungsteam im Fachjournal Communications Earth & Environment darlegt. Bisher wurde angenommen, dass artenreiche Wälder mehr Emissionen abgeben.

Quelle: TROPOS

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Biosyntheseweg von Paclitaxel aus Eiben entschlüsselt

Die komplexe chemische Struktur des Chemotherapeutikums Paclitaxel. Grafik: Youjun Zhang, MPI-MP

Den Biosyntheseweg von Paclitaxel, einem sehr erfolgreich eingesetzten Chemotherapeutikum zur Krebsbehandlung, haben Forschende des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) entschlüsselt: Das Team um Youjun Zhang konnte nun alle fehlenden Schritte, die zur Herstellung von Paclitaxel in Pflanzen erforderlich sind, auf einmal identifizieren. Sie analysierten die Daten von zwölf Experimenten, in denen mehrere zehntausend Gene in Eibenpflanzen untersucht wurden, um Sequenzen für Enzyme zu finden, die in ähnlicher Menge produziert werden wie die wenigen anderen Enzyme, von denen bereits bekannt ist, dass sie an der Paclitaxel Herstellung beteiligt sind. Mit Hilfe ausgefeilter chemischer Analysen und molekularbiologischer Werkzeuge gelang es ihnen, den gesamten Biosyntheseweg aus Eibenpflanzen zu reproduzieren und alle Enzyme in die australische Tabakverwandte Nicotiana benthamiana zu kopieren. Diese transgenen Nicotiana-Pflanzen produzierten tatsächlich ähnliche Mengen an Paclitaxel wie die Eibe, wie sie im Fachjournal Molecular Plant zeigen. Die Forschenden versuchten auch, den Paclitaxel-Stoffwechselweg in Bakterien zu kopieren, stellten aber fest, dass einige der Enzyme in Bakterienzellen einfach nicht funktionieren, was ggf. an deren anderen Membranen liegen könnte.

Quelle: MPI-MP

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Urbanisierung verstärkt saisonale Unterschiede bei Pflanzen-Bestäuber-Netzwerken

Holzbienen (Xylocopa sp.) an Lablab in Bengaluru (Indien). Foto: Vikas S. Rao, Uni Göttingen

Die weltweit zunehmende Urbanisierung ist eine wachsende Bedrohung für die biologische Vielfalt. Gleichzeitig kommen Blütenpflanzen in Städten oft in größerer Vielfalt vor als auf dem Land. Das liegt an Zierpflanzen sowie Nutzpflanzen, deren Anbau zunehmend in die Städte verlagert wird. Eine aktuelle Studie zeigt, dass die Interaktionen zwischen Pflanzen und Bestäubern, die für die landwirtschaftliche Produktion wichtig sind, überraschend dynamisch sind. So unterscheiden sich die an der Bestäubung beteiligten Pflanzen- und Bienenarten stark zwischen den Jahreszeiten. Das ermittelte ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universität Göttingen durch Untersuchungen in Gemüsebetrieben in der südindischen Metropole Bengaluru – einem Paradebeispiel für rasant wachsende Städte in den Tropen. Die Urbanisierung verstärkt die saisonalen Unterschiede der Pflanzen-Bestäuber-Netzwerke, wie ein Vergleich von städtischen und ländlichen Anbauflächen ergab. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Ecology Letters erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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Pflanzenvielfalt stabilisiert die Bodentemperatur

Innenansicht der Kabeldatenloggerbox für das Bodentemperaturmesssystem (Controller Area Network Busmodulsystem) am Versuchsstandort Jena. Foto: Karl Kübler, MPI für Biogeochemie Jena

Eine Studie zeigt eine natürliche Lösung zur Abschwächung von Auswirkungen des Klimawandels wie extremen Wetterereignissen auf. Forschende der Universität Leipzig, der Friedrich-Schiller-Universität Jena, des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung Halle-Jena-Leipzig (iDiv) und anderer Forschungseinrichtungen fanden heraus, dass eine vielfältige Pflanzenwelt als Puffer gegen Schwankungen der Bodentemperatur wirkt. Dieser Puffer wiederum kann einen entscheidenden Einfluss auf wichtige Ökosystemprozesse haben. Ihre neuen Erkenntnisse haben die Forschenden im Fachjournal Nature Geoscience veröffentlicht.

Quelle: Uni Leipzig

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Die Abwechslung macht’s

Abwechslungsreiche, landwirtschaftliche Anbaupraktiken können eingesetzt werden, um profitabel zu wirtschaften. Foto: Volker Lannert, Uni Bonn

Wo und wie können abwechslungsreiche, landwirtschaftliche Anbaupraktiken profitabel eingesetzt werden, um die Produktion und gleichzeitig die Biodiversität zu steigern? Das haben Forschende der Universität Bonn in einer Studie untersucht, die nun in der Zeitschrift Communications Earth & Environment erschienen ist. Welcher Ansatz der erfolgversprechendere ist, hängt dabei von der jeweiligen Fläche ab. Bereits intensiv genutzte landwirtschaftliche Flächen in Westeuropa, China, Teilen Indiens und Brasiliens sowie in Osteuropa könnten von einer Extensivierung wie der Einbeziehung von Mischpflanzungen und einer geringeren Anbaudichte profitieren. In Gebieten der Subsahara, in Teilen Brasiliens, Indiens und Tadschikistans sowie in Kanada und Australien hingegen gäbe es noch Potenzial für eine nachhaltige Intensivierung. Andere Gebiete wiederum könnten für beides geeignet sein, wie die meisten Teile Westafrikas.

Quelle: Uni Bonn

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ROP-Signalweg: Ursprung an der Schwelle zur Mehrzelligkeit

ROP-Proteine, eine Gruppe pflanzenspezifischer Proteine, steuern die Bildung von Pflanzengewebe. Hugh Mulvey und Liam Dolan vom Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) in Wien zeigen nun, dass sich ROP-Proteine am Übergang zwischen einzelligem und mehrzelligem Pflanzenleben entwickelten. Ihre Ergebnisse stellen sie im Fachmagazin Current Biology vor. Durch die Kombination von phylogenetischen und genetischen Komplementationsstudien konnten Mulvey und Dolan feststellen, dass die ROP-Signalübertragung im Streptophytenzweig der Pflanzen weitgehend konserviert ist: "ROP ist seit dem letzten gemeinsamen Vorfahren der fadenförmigen Streptophytenalgen und der Landpflanzen in hohem Maße konserviert", sagt Dolan. "Dies fällt mit dem Punkt in der Evolution zusammen, an dem sich in dieser Linie die Mehrzelligkeit entwickelte.”

Quelle: GMI beim idw

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Blumen waren vor 100 Millionen Jahren vielfältiger als heute

In Schwarz-Weiß: drei fossile Blüten aus der frühen Kreidezeit (Glandulocalyx, Normanthus, Platydiscus). In Farbe: vier rezente Gattungen (Cymbidium, Primula, Hyacinthoides und Passiflora). Zeichnung: Julia Asenbaum

Ein internationales Team hat die morphologische Vielfalt fossiler Blüten analysiert und mit der Vielfalt lebender Arten verglichen. Das spannende Ergebnis: Blühende Pflanzen hatten bereits kurz nach ihrer Entstehung in der Kreidezeit eine große Anzahl verschiedener Blütentypen hervorgebracht und diese früheste Blütenvielfalt war größer als die heutige. Die Studie hat das Team um Botaniker*innen der Universität Wien soeben in der Fachzeitschrift New Phytologist veröffentlicht.

Quelle: Uni Wien

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Impfung mit Mykorrhiza gegen kranke Äcker

Ackerböden beherbergen oft viele Krankheitserreger, die Pflanzen befallen und Erträge mindern. Ein Schweizer Forschungsteam hat nun gezeigt, dass eine Impfung des Bodens mit Mykorrhiza-Pilzen helfen kann, den Ertrag ohne zusätzliche Düngung und Pflanzenschutzmittel zu halten oder gar zu verbessern. In einem gross angelegten Freilandversuch konnte die Ernte um bis zu 40 Prozent gesteigert werden, wie die Forschenden der Universität Zürich nun im Fachmagazin Nature Microbiology zeigen.

Quelle: Uni Zürich beim idw

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Pflanzen optimieren Eisen-Aufnahme je nach pH-Wert des Bodens

Die Cumarin-Biosynthese in Wurzeln reagiert auf die pH-Bedingungen der Umwelt. Bei leicht sauren Bedingungen (niedrige pH-Werte) produzieren die Pflanzen das effizientere Fe3+-Reduktionsmittel Sideretin, das die Fe3+-Reduktion durch die membrangebundene Reduktase FRO2 ergänzt (links). Bei hohen pH-Werten wird Fraxetin synthetisiert, um die Mobilisierung von schwer löslichen Eisen-Quellen für die weitere Reduktion durch FRO2 aufrechtzuerhalten (rechts). Grafik: IPK Leibniz-Institut

Die Verfügbarkeit von Eisen als essentieller Mikronährstoff für Pflanzen ist stark vom pH-Wert des Bodens abhängig. Leiden Pflanzen unter Eisenmangel, so setzten bestimmte Pflanzen Cumarine frei. Welche Art dieser kleinen sekundären Metaboliten hauptsächlich freigesetzt wird, hängt vom jeweiligen pH-Wert des Bodens ab. Ein Forschungsteam unter Führung des IPK Leibniz-Instituts hat am Beispiel der Modellpflanze Arabidopsis thaliana gezeigt, wie unterschiedliche Cumarine genutzt werden, um die Eisen-Aufnahme unter sauren und unter alkalischen Bedingungen zu maximieren und darüber in der Fachzeitschrift The Plant Cell berichtet.

Quelle. IPK (pdf-Datei)

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Atmosphärische Trockenheit in Europa beispiellos für die letzten 400 Jahre

Baumscheibe einer Eiche aus Dransfeld (Deutschland) mit 148 Jahresringen. Der tiefe Einschnitt bis in die Mitte zeigt die Position des für die Sauerstoffisotopenanalyse entnommenen Holzsegments. Foto: Gerhard Helle, GFZ

Ein internationales Team von Forschenden hat Baumringe aus ganz Europa analysiert: Die Luft in Europa ist in den letzten Jahrzehnten im Vergleich zur vorindustriellen Zeit deutlich trockener geworden. Dies ist auf den vom Menschen verursachten Klimawandel zurückzuführen. Eine trockenere Atmosphäre kann Dürreperioden und die Gefahr von Waldbränden verschärfen, was wiederum Folgen für Wälder und Landwirtschaft hat. Dies ist das Ergebnis einer neuen Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht wurde. Sie stammt von einem internationalen Forschungsteam unter der Leitung von Kerstin Treydte von der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL). Dafan beteiligt war auch ein Team vom Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ.

Quelle: GFZ

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Ackerbohne gedeiht trotz eines hyperaktiven Ionenkanals

Cartoon der 3D-Modelle des TPC1-Ionenkanalproteins in der Vakuolenmembran der Ackerbohne (rechts, pink-violett) und der Ackerschmalwand (links, blau). Grafik: Dirk Becker, Uni Würzburg

Pflanzen, bei denen ein Ionenkanal der Vakuole hyperaktiv ist, sind extrem gestresst und wachsen schlecht. Doch die Ackerbohne macht da eine Ausnahme, wie ein Würzburger Forschungsteam um Irene Marten nun im Fachmagazin eLife schildert. Sie untersuchten, ob es pflanzenartspezifische Variationen im TPC1-Gen gibt und wie sich diese Änderungen auf die Arbeitsweise des Kanals und damit auf die elektrische Erregbarkeit der Vakuole auswirken. In Patch-Clamp-Untersuchungen belegte Dr. Jinping Lu, die Erstautorin der eLife-Studie, dass bei der Ackerbohne der TPC1-Kanal sehr viel aktiver und damit stärker geöffnet ist als bei der Ackerschmalwand. Die Hyperaktivität des Ackerbohnen-Kanals löst bei den Vakuolen eine elektrische Hypererregbarkeit aus. Obwohl der Ackerbohnen-TPC1-Kanal länger geöffnet ist, sind die Ackerbohnen nicht gestresst und wachsen normal.

Quelle: Uni Würzburg

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MDL-Pflanzenproteine können an menschliche Rezeptoren des Immunsystems binden

Überraschenderweise gibt es bei Pflanzen Proteine, die dem menschlichen MIF-Protein in der Abfolge ihrer einzelnen Bausteine (Aminosäuren) ähneln, und als MDL-Proteine bezeichnet werden. MIF (macrophage migration inhibitory factor) spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung verschiedener menschlicher Immunreaktionen. Ein Team um Professor Jürgen Bernhagen vom Institut für Schlaganfall- und Demenzforschung am Klinikum der LMU München und Professor Ralph Panstruga vom Lehr- und Forschungsgebiet Molekulare Zellbiologie der Pflanzen der RWTH Aachen schildert nun in der Fachzeitschrift Science Signaling, dass MIF- und MDL-Proteine auch in ihrer räumlichen Struktur einander verblüffend ähnlich sind. Ferner stellte es fest, dass die pflanzlichen MDL-Proteine, allein oder in Komplexen mit dem menschlichen MIF-Protein, an die Rezeptoren des MIF-Proteins binden und so entsprechende immunrelevante Signalwege aktivieren können – und dies zum Teil effizienter als das menschliche MIF-Protein allein. Dies könnte erklären, wie möglicherweise pflanzliche MDL-Proteine das menschliche Immunsystem beeinflussen und wie Pflanzenpartikel etwa Heuschnupfen oder Hautreaktionen und andere Unverträglichkeiten beeinflussen. Weitere Untersuchungen müssen aber noch zeigen, ob dies tatsächlich der Fall ist.

Quelle: LMU beim idw

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Wie eine Kannenpflanze zum Fleischfresser wurde

Kannenpflanzen wie Nephentes gracilis nutzen ihre darauf spezialisierten Blätter, um Insekten zu fangen. Diese Nahrungsergänzung ermöglicht es den Pflanzen, auch in nährstoffarmen Lebensräumen zu gedeihen. Foto: Kenji Fukushima, Uni Würzburg

Eine aktuelle Studie untersucht die genomische Struktur der fleischfressenden Kannenpflanze Nepenthes gracilis und zeigt, wie Polyploidie zu evolutionären Innovationen beiträgt. Also wie mehr als zwei Chromosomensätze in der Zelle bei der Evolution spielen und wie neue Gene entstehen.
"Interessanterweise stellte sich heraus, dass es die rezessiven Subgenome sind, die mit neuen Genen angereichert sind. Diese überraschende Entdeckung lässt vermuten, dass die rezessiven Subgenome einen wichtigen Beitrag zur evolutionären Anpassung der Pflanze leisten", sagt Pflanzenwissenschaftler Kenji Fukushima vom Lehrstuhl für Botanik I der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU). Dies gelte insbesondere für Merkmale wie die Kannenblätter, die zum Insektenfang verwendet werden, und die Zweihäusigkeit (Diözie), also das Vorhandensein getrennter männlicher und weiblicher Pflanzen. Neben der Erforschung der Genetik von Nepenthes gracilis erlaubt die in Nature Plants veröffentlichte Studie des Teams auch Rückschlüsse auf Pflanzenvielfalt und Anpassung im Allgemeinen und könnte wertvolle Beiträge zur Landwirtschaft leisten. „Gerade dort sind Mechanismen des Nährstofftransports und der Fortpflanzung von größtem Interesse“, erklärt Fukushima. Die Erkenntnisse aus der Studie könnten dazu beitragen, diese Prozesse besser zu verstehen und somit zu einer nachhaltigen und effizienten landwirtschaftlichen Praxis beitragen.

Quelle: Uni Würzburg

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Wie Pflanzen Stress abbauen

Ein Forschungsteam hat ein Gen entschlüsselt, das den Stressabbau in Pflanzen steuert. Umwelteinflüsse können Stress auslösen, wodurch ihr Wachstum und ihre Vermehrungsfähigkeit eingeschränkt werden. Das Forschungsteam hat nun die entscheidende Funktion des Gens GAS2 in der Modelpflanze Arabidopsis entschlüsselt: Das Gen steuert einen speziellen Signalweg, über den das Stresshormon Abscisinsäure abgebaut wird. Dieser Signalweg ermöglicht die Samenkeimung und auch die Überlebensfähigkeit beispielsweise bei Trockenstress. Wichtig sind diese neuen, im Magazin Nature Communications von Pflanzenbiolog*innen der Technischen Universität Braunschweig und des Julius Kühn-Instituts Braunschweig veröffentlichten Erkenntnisse etwa in der Landwirtschaft und Pflanzenzucht.

Quelle: TU Braunschweig

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Klimawandel gefährdet Getreideerträge

Die Auswirkungen des Klimawandels stellen den Getreideanbau in vielen Regionen vor große Herausforderungen. In einer vor etwa einer Woche in der Fachzeitschrift Nature Reviews Earth & Environment veröffentlichten Studie haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) untersucht, wie sich wärmere Temperaturen, ein erhöhter Kohlendioxidgehalt und eine veränderte Wasserverfügbarkeit auf weltweit wichtige Getreidearten wie Weizen, Mais, Hirse, Sorghum und Reis auswirken: Bei einem Klimawandelszenario ohne Anpassungsmaßnahmen liegen die simulierten globalen Ertragsverluste bei Getreide zwischen sieben und 23 Prozent.

Quelle: ZALF

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Verlust von Pflanzendiversität kann sich negativ auf die Kohlenstoffbindung auswirken

Ein Forschungsteam hat in einer Studie nachweisen, dass in artenreicheren Umgebungen pflanzliche Biomasse entsteht, die sich nach dem Absterben im Boden langsamer zersetzt. Das hat zur Folge, dass mehr Kohlenstoff im Boden gespeichert wird. In trockenen und heißen Klimazonen ist dieses Phänomen besonders ausgeprägt. Die im Oktober im Fachjournal Nature Communications veröffentlichte Studie basiert auf Daten aus 84 Grasländern auf insgesamt sechs Kontinenten. Studienleiterin Marie Spohn von der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften und 29 weitere Forschende aus der ganzen Welt haben mit ihrer Untersuchung das Verständnis dafür erheblich erweitert, wie die Kohlenstoffspeicherung in Grasländern funktioniert und mit der biologischen Vielfalt und dem Klima zusammenhängt. Professorin Sylvia Haider von der Leuphana Universität Lüneburg hat für die Studie eine Fläche in Bad Lauchstädt, südlich von Halle, untersucht.

Quelle: Leuphana Universität Lüneburg

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Enormes Potenzial für Zunahme invasiver Arten

Auf unseren globalisierten Handels- und Transportwegen verschleppen wir Menschen – ob absichtlich oder unabsichtlich – Pflanzen, Tiere, Bakterien oder Viren aus ihren ursprünglichen Verbreitungsgebieten in neue Lebensräume, wo sie zu großen Problemen führen können. Wie viele dieser gebietsfremden Arten es weltweit bereits gibt und welche Gruppen von Lebewesen besonders invasiv sind, hat eine Studie untersucht, die jetzt in der Fachzeitschrift Global Ecology and Biogeography erschienen ist. Dazu haben die Forschenden eine umfassende Liste der bislang beschriebenen gebietsfremden Arten erstellt – es sind rund 37.000 weltweit – und diese nach der biologischen Taxonomie gruppiert. Das Ergebnis: Egal ob mikroskopisch klein oder nilpferdgroß, ob an Land oder unter Wasser – von allen uns bekannten Lebewesen sind bislang im Durchschnitt etwa ein Prozent irgendwohin auf der Welt eingeschleppt worden oder eingewandert, wo sie ursprünglich nicht existierten. Bei einigen Gruppen hat sich außerdem gezeigt, dass sie überproportional häufig außerhalb ihres angestammten Verbreitungsgebiets etabliert sind, darunter Säugetiere, Vögel, Fische, Insekten, Spinnen und Pflanzen. „Das sind meist die Arten, die vom Menschen absichtlich für die Landwirtschaft, den Gartenbau, die Forstwirtschaft oder einfach aus Liebhaberei eingeführt wurden,“ erklärt Dr. Elizabeta Briski vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Insgesamt deuteten ihre Ergebnisse auf ein enormes Potenzial für zukünftige biologische Invasionen in verschiedenen Artengruppen hin, resümieren die Ökolog*innen. Daher mahnen sie dringend Maßnahmen an, um zukünftige Einschleppungen zu verhindern und die schädlichsten invasiven Arten, die bereits etabliert sind, unter Kontrolle zu bringen.  

Quelle: GEOMAR

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Vielfältige Wälder könnten riesige CO2-Speicher sein – aber nur bei sinkenden Emissionen sinken

Wälder könnten in Gebieten, wo sie natürlicherweise vorkommen, rund 226 Gigatonnen Kohlenstoff binden. Foto: Julian Culverhouse

Die Wiederherstellung natürlicher Wälder könnte rund 226 Gigatonnen (Gt) Kohlenstoff binden – allerdings nur dann, wenn die Menschheit auch ihre Treibhausgasemissionen stark reduziert. Zudem braucht es gemeinsame Anstrengungen zum Erhalt und zur Wiederherstellung der biologischen Vielfalt. Das ist das Ergebnis einer neuen Studie von Hunderten von Wissenschaftler*innen aus der ganzen Welt, darunter Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich), die heute in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde. Die Studie unterstreicht die entscheidende Bedeutung der Erhaltung, Wiederherstellung und nachhaltigen Bewirtschaftung von Wäldern für das Erreichen der internationalen Klima-​ und Biodiversitätsziele. Die Forschenden betonen, dass dieses Potenzial durch Anreize für gemeinschaftliche Anstrengungen zur Förderung der Biodiversität erreicht werden kann.

Quelle: ETH Zürich

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Photorespiration schützt nicht vor schwankenden Lichtverhältnissen

Versuchsergebnisse mit verschiedenen Lichtszenarien (Spalten) und unterschiedlichen Arabidopsis-Varianten, bei denen photorespiratorische Enzyme ausgeschaltet sind. Rechts der Pflanzenbilder ist ein reduziertes Schema der Photorespiration, welches das geringe Wachstum der GGT1-Mutanten im konstanten Licht durch einen photorespiratorischen Stoffwechselweg im Chloroplasten erklärt. Abbildung: Thekla von Bismarck, HHU

Ob ein bestimmter, zur Kohlenstofffixierung konkurrierender Stoffwechselweg bei der Photosynthese eine Schutzfunktion für die Pflanzen hat, hat nun ein deutsch-amerikanisches Forschungsteam unter Leitung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) untersucht. Im Laufe des Tages schwankt die Lichtintensität stark und daher fluktuiert die Menge an verfügbarer chemischer Energie in Form von ATP und NAD(P)H. Gefährlich wird es für die Pflanze, wenn sie plötzlichem Starklicht ausgesetzt ist: Da nur begrenzte Mengen der Vorläufermoleküle für ATP und NAD(P)H vorliegen, kann dann nur ein Teil der absorbierten Licht- in chemische Energie umgewandelt werden. Überschüssige Lichtenergie verursacht an Proteinen sogenannte photooxidative Schäden. Das Forschungsteam um Prof. Dr. Ute Armbruster vom HHU-Institut für Molekulare Photosynthese untersuchte daher, ob die Photorespiration Pflanzen bei stark wechselnden Lichtbedingungen vor photooxidativen Schädigungen schützt. Erstautorin der im Fachjournal Nature Communications Dr. Thekla von Bismarck resümiert: „Photorespiration scheint keine wesentliche Rolle zum Schutz der Pflanzen bei Starklichtphasen von fluktuierenden Lichtverhältnissen einzunehmen. Pflanzen ohne voll funktionsfähige Photorespiration wachsen eher besser unter fluktuierenden als unter konstanten Lichtbedingungen.“ Die Ergebnisse sind zur Verbesserung vom Ernteertrag durch synthetische Umgehungen der Photorespiration interessant. Die Aktivierung eines pflanzeneigenen alternativen Stoffwechselwegs im Chloroplasten könnte dazu genutzt werden, um bei der Photorespiration freiwerdendes CO2 in der Nähe von Rubisco freizusetzen und somit Photosynthese unter dynamischen Lichtbedingungen zu verbessern.

Quelle: HHU

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Arabidopsis in Köln ist an städtische Umgebung angepasst

Arabidopsis thaliana an einer Kölner Mauer. Foto: Justine Floret

In den Straßen Kölns sind verschiedene Linien der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) vorhanden und spezifisch an die verschiedenen Nischen angepasst, die sie in der städtischen Umwelt bewohnen. Das zeigt ein Forschungsteam der Universitäten Köln und Potsdam sowie des Kölner Max-Planck-Instituts für Züchtungsforschung in der Fachzeitschrift Journal of Ecology. Wie sie schildern, unterscheiden sich die regionalen Kölner Linien von A. thaliana stark in typischen Merkmalen des Lebenszyklus, wie etwa der Regulation von Blüte und Keimung. Dadurch können sie ihre Fortpflanzung an lokale Umweltbedingungen wie Temperatur und menschliche Störungen gezielt anpassen. Die Wissenschaftler*innen des Sonderforschungsbereichs / Transregio 341 "Pflanzenökologische Genetik" hatten dazu unterschiedliche Pflanzenlinien analysiert, die an Standorten in einem relativ kleinen Umkreis im Kölner Süden wuchsen.

Quelle: Uni Köln

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Wie sich Kälte auf den Nährstoffgehalt von Grünkohl auswirkt, hängt von der Sorte ab

Grünkohlsorten mit krausen Blättern produzieren bei niedrigen Temperaturen mehr Senfölglycoside. Foto: Ute Kehse, Uni Oldenburg

Bei niedrigen Temperaturen verändern sich Nährstoffgehalt und Geschmack von Grünkohl – und zwar je nach Sorte auf unterschiedliche Art und Weise. Ein Team um die Biologen Dr. Christoph Hahn und Prof. Dr. Dirk Albach, beide Universität Oldenburg, berichtet in einer nun in einem Sonderband im Fachjournal Horticulturae veröffentlichten Studie, dass die Konzentration der für den typischen Kohlgeschmack verantwortlichen Glucosinolate bei manchen Sorten ansteigt, wenn es kalt wird, bei anderen dagegen sinkt.

Quelle: Uni Oldenburg

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Wie Soziale Medien zum Artenschutz beitragen können

Naturphotographen weltweit teilen ihre Aufnahmen zur Biodiversität in den sozialen Medien – ein riesiges Potenzial auch für die Biodiversitätsforschung. Foto: Sultan Ahmed

Fotos von Tier- und Pflanzenarten, die in den Sozialen Medien geteilt werden, können einen wichtigen Beitrag zum Schutz der Biodiversität leisten – vor allem in tropischen Gebieten. Zu diesem Schluss kommt ein Forschungsteam unter Leitung des Deutschen Zentrums für Biodiversitätsforschung (iDiv), des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), der Friedrich-Schiller-Universität Jena und der Universität von Queensland (UQ). In drei Studien, die in BioScience, One Earth und Conservation Biology veröffentlicht wurden, zeigen sie am Beispiel Bangladeschs, dass Facebook-Daten einen wichtigen Beitrag zum Biodiversitätsmonitoring und zur Bewertung potenzieller Schutzgebiete leisten können.

Quelle: iDiv

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Mikrobiom von Obst und Gemüse beeinflusst die Vielfalt im Darm positiv

Der Verzehr von Obst und Gemüse trägt positiv zur Bakteriendiversität im menschlichen Darm bei. Das hat ein Forschungsteam erstmals in einer Meta-Studie gezeigt, die im Fachjournal Gut Microbes publiziert wurde. Das Team rund um Wisnu Adi Wicaksono und Gabriele Berg vom Institut für Umweltbiotechnologie der TU Graz konnte erstmals nachweisen, dass die Häufigkeit des Obst- und Gemüseverzehrs und die Vielfalt der verzehrten Pflanzen die Menge der obst- und gemüse-assoziierten Bakterien im menschlichen Darm beeinflusst. Insbesondere die frühe Kindheit stellt ein Zeitfenster für die Besiedlung mit pflanzenassoziierten Bakterien dar. Die Mikroorganismen pflanzlichen Ursprungs verfügen über probiotische und gesundheitsfördernde Eigenschaften, die ebenfalls aufgezeigt wurden.

Quelle: TU Graz

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Wie Baumblätter und CO2-Speicherung zusammenhängen

In einer großangelegten Studie mit fast 400 Partner*innen und unter Leitung von Forschenden der ETH Zürich haben Wissenschaftler*innen weltweit Daten über Baumarten zusammengetragen. Die jetzt in der Fachzeitschrift Nature Plants veröffentlichte Studie verbessert das Verständnis von unterschiedlichen Blatttypen der Bäume und ermöglicht so Rückschlüsse auf Ökosysteme und den CO2-Kreislauf. So kam eine globale, bodengestützte Bewertung der Variation von Waldblatttypen zustande, indem die Daten von fast 10.000 Waldinventurflächen mit den Datensätzen der internationalen Plant Trait Database TRY zu Blattform (Laub- vs. Nadelblatt) und Habitus (immergrün vs. laubabwerfend) zusammengeführt wurden. Bayreuther Wissenschaftler*innen haben ihr Wissen über die Kilimanjaro-Region für diese Studie beigesteuert. „Wir fanden heraus, dass die globale Variation der Blatt Lebensdauer (LEAF HABIT) in erster Linie vom Ausmaß der saisonalen Temperaturschwankungen und den Bodeneigenschaften abhängt, während die Blattform in erster Linie von der Temperatur bestimmt wird“, sagt PD Dr. Andreas Hemp vom Lehrstuhl für Pflanzensystematik der Universität Bayreuth.

Quelle: Uni Bayreuth

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Impulse für die Weizen-Züchtung im Klimawandel

Weizenkörner. Foto: Tsu-Wei Chen, HU Berlin

Es gibt bestimmte Zeitfenster im Lebenszyklus von Weizen-Pflanzen, in denen Umweltfaktoren wie Temperaturen oder Niederschläge besonders großen Einfluss auf die späteren Erträge haben. Das hat ein Team um den Agrarwissenschaftler Prof. Dr. Tsu-Wei Chen von der Humboldt-Universität zu Berlin mit einem neuen statistischen Verfahren nachweisen können. Wie hoch die Ertragseinbußen bei ungünstigen Umweltbedingungen sind, ist auch von der genetischen Ausstattung einzelner Sorten abhängig. Daher können die Erkenntnisse wichtige Impulse für die künftige Züchtung von stressresistenten Weizensorten liefern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Plants. Das neue statistische Verfahren hatten die Forschenden aus Daten aus Feldversuchen generiert, mit 220 unterschiedlichen Winterweizensorten, die an sechs Versuchsstandorten in ganz Deutschland in drei aufeinanderfolgenden Saisons angebaut worden waren.

Quelle: HU Berlin

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Bier in Gefahr: Zitrusfrüchte aus dem Supermarkt enthalten Hopfen-Schaderreger

Hopfenpflanzen im Gewächshaus. Foto: Astrid Untermann, Uni Hohenheim

Das Citrus Bark Cracking Viroid (CBCVd) breitet sich bei Hopfenpflanzen aus, dem grünen Gold Deutschlands. Denn wenn diese Krankheitserreger in Hopfenpflanzen gelangen, sind Ertragseinbußen die Folge. Sie kommen über infiziertes Pflanzmaterial oder aus importierten Zitrusfrüchten, ergab eine Studie im Journal Plant Pathology von Dr. Michael Hagemann von der Universität Hohenheim in Stuttgart. Neuinfektionen können durch den achtlosen Umgang mit Resten von Zitrusfrüchten in Hopfenanbaugebieten ausgelöst werden. Ein bewusster Umgang mit diesen Faktoren könnte die Rettung für die Hopfenproduktion bedeuten.

Quelle: Uni Hohenheim

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Mechanismus zur Anpassung an den Klimawandel in Mikroalgen entdeckt

Mikroalgen kompensieren Nährstoffmangel mithilfe einer lichtgetriebenen Protonenpumpe, womit sie sich auch an die Auswirkungen des Klimawandels anpassen können. Diesen Mechanismus haben Forschende des GEOMAR Helmholtz Zentrums für Ozeanforschung Kiel, der Universität von East Anglia (UEA) und der Universität Würzburg entdeckt. Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichen sie heute in der Zeitschrift Nature Microbiology. Die Entdeckung öffnet den Weg für biotechnologische Entwicklungen, die den negativen Auswirkungen veränderter Umweltbedingungen wie der Erwärmung der Ozeane und sogar der sinkenden Produktivität von Nutzpflanzen entgegenwirken könnten.

Quelle: GEOMAR

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Was Phytoplankton-Physiologie mit dem Klima zu tun hat

Pflanzliches Plankton spielt eine entscheidende Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Eine neue Studie vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, die jetzt in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde, zeigt, wie Änderungen in den Körperfunktionen des Phytoplanktons, insbesondere bei der Nährstoffaufnahme, die chemische Zusammensetzung des Ozeans und sogar der Atmosphäre beeinflussen können. Dies legt nahe, dass Veränderungen in der Physiologie des marinen Phytoplanktons einen Einfluss auf das globale Klima haben können.

Quelle: GEOMAR

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Gallisches Dorf: Pflanzliche Stammzellen wehren sich gegen Viren

Mikroskopische Aufnahme einer Infektion durch das Rübenmosaikvirus (gelb) in der Sprossspitze einer Arabidopsis-Pflanze. Grafik und (c): Gabriele Bradamante, GMI

Wie sich eine kleine Gruppe von Pflanzenstammzellenerfolgreich gegen Infektionen wehrt, zeigen Marco Incarbone, jetzt am MPIMP Golm, Gabriele Bradamante und ihre Koautoren am Gregor-Mendel-Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) nun im Fachmagazin PNAS. Demnach sind Salicylsäure und RNA-Interferenz für diese antivirale Immunität der Stammzellen verantwortlich. Die Ergebnisse wurden am 12. Oktober veröffentlicht.

Quelle: GMI

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Landnutzung: Mehr Nahrung produzieren und gleichzeitig mehr Kohlenstoff speichern

Eine optimierte Landnutzung könnte unter Berücksichtigung klimatischer Bedingungen trotzdem die Erträge maßgeblich erhöhen und dabei den Flächenverbrauch in Grenzen halten. Foto: Anita Bayer

Die Nahrungsmittelproduktion verdoppeln, Wasser sparen und gleichzeitig die Kohlenstoffspeicherung erhöhen – das klingt paradox, wäre aber, zumindest nach dem biophysikalischen Potenzial der Erde, theoretisch möglich. Nötig wäre allerdings eine radikale räumliche Neuordnung in der Landnutzung. Das haben Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des Heidelberg Institute for Geoinformation Technology (HeiGIT), einem An-Institut der Universität Heidelberg, herausgefunden. Ihre Ergebnisse haben sie in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.

Quelle: KIT

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Die Natur ist erfinderisch: Derselbe Stoff wird von Pflanzen unterschiedlich hergestellt

Tobias Köllner und Matilde Florean halten eine gewöhnliche Goldnessel Lamium galebodolon und eine Zebrapflanze Aphelandra squarrosa nebeneinader. Foto: Angela Overmeyer MPI für chemische Ökologie

Einzelne Arten ganz unterschiedlicher Pflanzenfamilien bilden spezielle, von Indol abgeleitete Abwehrstoffe, sogenannte Benzoxazinoide: Der Syntheseweg dieser Verbindungen war jedoch bislang nur für Gräser wie Mais bekannt. Ein Team des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie konnte nun durch die Untersuchung von zwei weit entfernt verwandten Pflanzenarten, der Gewöhnlichen Goldnessel und der Zebrapflanze, zeigen, dass im Vergleich zum Mais ganz unterschiedliche Enzyme für die Bildung dieser speziellen Abwehrstoffe verantwortlich sind. Die Biosynthese dieser Stoffe hat sich im Laufe der Evolution mehrfach unabhängig voneinander entwickelt, legen sie im Fachmagazin PNAS dar.

Quelle: MPI für chemische Ökologie

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Artenvielfalt im Wald: Mischwälder sind produktiver, wenn sie strukturell komplex sind

Je baumartenreicher Wälder sind, desto schneller wachsen die Bäume und desto mehr CO2 können sie binden. Welche Mechanismen dahinter legen, zeigt eine gemeinsame Studie von TU Dresden, Leuphana Universität Lüneburg, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Universität Leipzig, Universität Montpellier und dem Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig. Die Ergebnisse sind nun im Journal Science Advances erschienen.

Quelle: TU Dresden

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Nachhaltigere Landwirtschaft durch globale Umverteilung von Stickstoffdünger

Modelle zeigen, dass sich eine weltweite Umverteilung des Einsatzes von Stickstoffdünger positiv auf die Lachgas-Emissionen auswirken würde. Grafik: Andrew Smerald, KIT

Eine wachsende Weltbevölkerung benötigt ausreichend Nahrungsmittel. Deren Produktion führt durch Überdüngung zu einer erhöhten Stickstoffbelastung in der Landwirtschaft, was sich negativ auf Menschen, Klima und Ökosysteme auswirkt. Dass die heutige Getreideproduktion mit einer deutlich geringeren globalen Gesamtdüngung aufrechterhalten werden könnte, wenn der Einsatz von Stickstoffdünger weltweit gleichmäßig über die Anbauflächen verteilt würde, zeigen Modelle von Forschenden des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Über ihre Ergebnisse berichten sie in Communications Earth & Environment.

Quelle: KIT

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Polwärts wandern: intrakontinentale Ausbreitung gebietsfremder Pflanzen

In Europa und Amerika stammen viele der dortigen gebietsfremden Pflanzenarten vom eigenen Kontinent und haben ihren Ursprung meist in den Regionen der niedrigeren Breitengrade – ein Problem, das durch den Klimawandel noch verschärft werden könnte. Zu diesem Schluss kommt ein internationales Forschungsteam unter der Leitung Konstanzer Biologinnen und Biologen in seiner aktuellen Studie. In der Studie in Science Advances konnten die Forschenden nachweisen, dass auf den betrachteten Kontinenten mehr als die Hälfte (56.7%) der gebietsfremden Pflanzenarten, die sich erfolgreich in neuen Gebieten angesiedelt haben, ursprünglich vom eigenen Kontinent stammten. Besonders hoch waren die Anteile in Europa und Nordamerika. Auffällig niedrig war der Anteil hingegen in Australien. Bei den drei der untersuchten Kontinente mit dem höchsten Anteil an intrakontinentalen gebietsfremden Pflanzen – Europa, Nord- und Südamerika – stellten die Forschenden zudem Gemeinsamkeiten in den Ausbreitungsmustern fest: Die intrakontinentale Verbreitung erfolgte in der Mehrzahl der Fälle von den äquatornahen Regionen in Richtung der jeweiligen Pole. „Mit steigender Nähe zum Äquator steigt auch die Vielfalt der in einer Region natürlicherweise vorkommenden Arten. Es gibt in diesen Regionen also schlichtweg einen viel größeren Fundus an Arten, der in Richtung der Pole verbreitet werden kann, als umgekehrt“, gibt Zhijie Zhang, Erstautor der Studie, eine Erklärung für das Phänomen.

Quelle: Uni Konstanz

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Pflanzliche Chloroplasten könnten eine Therapie der Huntington-Krankheit ermöglichen

Die unscheinbare Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) zeigt ungeahnte Abwehrkräfte gegen Ansammlungen schädlicher Proteine. Foto: Jana Bauch, Universität zu Köln

Ein Chloroplasten-Enzym schützt Pflanzen vor pathologischen Proteinansammlungen, die bei Menschen die Huntington-Krankheit sowie andere neurodegenerative Erkrankungen auslösen können. Das schildern Forschende der Exzellenzcluster für Alternsforschung CECAD und für Pflanzenwissenschaften CEPLAS der Universität zu Köln in der Fachzeitschrift Nature Aging. In ihrer Veröffentlichung „In-planta expression of human polyQ-expanded huntingtin fragment reveals mechanisms to prevent disease-related protein aggregation“ zeigen sie, dass ein aus Pflanzen gewonnenes synthetisches Enzym – die sogenannte stromal processing peptidase (SPP) – Proteinverklumpungen verhindert, die für die krankhaften Veränderungen in Modellen der Huntington-Krankheit (menschliche Zellen und der Fadenwurm Caenorhabditis elegans) verantwortlich sind.

Quelle: Uni Köln

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Ein neuer Takt für molekulare Uhren

Ließen sich Seegras-Klone auf Zeitskalen von wenigen Jahren datieren, wäre besser abzuschätzen, wie gut diese Pflanze einer sich verändernden Meeresumwelt anpassen könnte. Foto: Tadhg O Corcora, GEOMAR

Sogenannte Molekulare Uhren haben die Evolutionsbiologie revolutioniert: Anhand von DNA-Mutationen zwischen den Arten lässt sich auch ohne datierte Fossilien abschätzen, wann genau sich neue Äste im Stammbaum des Lebens bilden. Für kurze Zeiträume sind solche Uhren allerdings nicht brauchbar, da sie zu langsam getaktet sind. Forschende der Technischen Universität München (TUM), des GEOMAR und der Universität Georgia stellen im Fachjournal Science eine neuartige, schnell tickende molekulare Uhr vor, die auf Epimutationen – zufälligen Veränderungen im Erbgut – beruht. Diese neue Uhr wird dazu beitragen, die Veränderungen der biologischen Vielfalt in der jüngsten Vergangenheit zu verfolgen.  

Quelle: GEOMAR

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Wie Spurenelemente die CO2-Speicherung im Ozean verändern

Experiment zum Wachstum von Mikroalgen. Foto: Tim Kalvelage, AWI

Der richtige Mix von Spurenelementen ist entscheidend für eine gesunde Ernährung. Diese Devise gilt auch für das Phytoplankton. Die winzigen Algen im Südpolarmeer haben als Kohlendioxid-Speicher maßgebliche Effekte auf das Weltklima. So zeigt eine neue Studie des AWI und der Uni Bremen einen interessanten Zusammenhang: Wenn das Phytoplankton gleichzeitig mehr Eisen und Mangan bekommt, verändert sich seine Lebensgemeinschaft. Die Algen können dann mehr CO2 binden und bilden mehr klebrige, kohlenstoffreiche Kolonien, die besser auf den Meeresgrund sinken. Dadurch holen sie den Kohlenstoff effizienter aus der Atmosphäre, berichtet das Forschungsteam des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) im Fachjournal Current Biology.

Quelle: AWI

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Molekulare Mechanismen von Pilzinfektionen aufgeklärt

Der Verlust des RNA-bindenden Proteins Khd4 stört den Membrantransport. Die angefärbten Vakuolen sammeln sich nicht mehr an der Hyphenspitze (weiße Pfeilspitze), sondern verteilen sich in der gesamten Hyphe. Abbildung: Srimeenakshi Sankaranarayanan, HHU

Wie auf molekularer Ebene Pilz-Infektionen reguliert werden, haben Forschende der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) hat zusammen mit Kolleginnen und Kollegen aus Frankfurt/Main und Aachen aufgeklärt. Dazu untersuchten sie, wie der den Maisbeulenbrand verursachende Pilz Ustilago maydis auf RNA-Ebene reguliert wird. Angewendet hat das Team eine leistungsfähige RNA-Markierungstechnik für Pilze, die im lebenden Organismus (in vivo) funktioniert. Die Forschenden fanden heraus, wie ein wichtiges RNA-bindendes Protein (kurz RBP) mit Namen Khd4 das Wachstum infektiöser Hyphen reguliert, also die fadenförmige Erscheinungsform der Pilze, die eine Infektion auslösen. Prof. Dr. Michael Feldbrügge (HHU) resümiert: „Wir haben erstmals ein neues regulatorisches Konzept für Infektionen entdeckt: Ein einziges RBP steuert das polare Wachstum von infektiösen Hyphen, indem es die Stabilität von mRNAs bestimmt, die wiederum den Membranverkehr regulieren. Dies eröffnet Ansatzpunkte für die Entwicklung neuer Fungizide, die RBPs als neue Ziele für die Bekämpfung von Pilzen nutzen.“ Seine Ergebnisse hat das Team um Feldbrügge im Fachjournal PNAS veröffentlicht.

Quelle: HHU

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KI für die präzise Beobachtung von Pflanzen in der Natur

Die Aufnahmen erfassten die für Pflanzen der Gattung Arabidopsis spezifische Akkumulation der rötlichen Pflanzenfarbstoffe Anthocyane. Foto: UZH

Forschende der Universität Zürich konnten mit Hilfe von Big Data, maschinellem Lernen und Feldbeobachtungen im experimentellen Garten der Universität Zürich zeigen, wie Arabidopsis-Pflanzen auf eine sich verändernde Umwelt - wie etwa im Klimawandel - reagieren. Ihre Entwicklung namens PlantServation ist eine robuste und hochauflösende Bildaufnahme-Hardware, kombiniert mit einer KI-unterstützten Software zur Bildanalyse, die bei jedem Wetter funktioniert. Für die Studie hatte das Team mit maschinellem Lernen mehr als vier Millionen Bilder verarbeitet, wie es in Nature Communications berichtet.

Quelle: Uni Zürich

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Klimawandel und Feuer: Zunder für europäische Wälder

Waldfläche nach einem Brand. Foto: R. Seidl, TUM

Die Veränderung der Klimabedingungen stellt den europäischen Wald vor immer größere Herausforderungen. Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben erstmalig einen satellitenbilderbasierten Datensatz von über 64.000 Waldbränden zwischen 1986 und 2020 in Europa ausgewertet. Das Ergebnis: Die Zahl der Brände stagnierte, allerdings treten extrem große und schwere Feuer in Europa vor allem bei hoher Trockenheit auf. Der Klimawandel mit seinen trockenen Sommermonaten schafft für zukünftige Waldbrände daher ideale Bedingungen. Über ihre Ergebnisse berichtet das Team im Fachjournal Global Change Biology.

Quelle: TUM

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Pflanzen- und Forstwissenschaftler: Pflanzen nicht „vermenschlichen“

Pflanzen werden vielfach Fähigkeiten zugeschrieben, wie sie in der Tier- oder Menschenwelt bekannt sind. Demnach sind Bäume zu Gefühlen fähig und dazu in der Lage, wie Mütter für ihren Nachwuchs zu sorgen. In einem Beitrag für das Review Journal Trends in Plant Science sind nun 32 internationale Pflanzen- und Forstwissenschaftler solchen Zuschreibungen nachgegangen. Die Forscherinnen und Forscher haben unter der Leitung von Prof. Dr. David G. Robinson, emeritierter Professor am Centre for Organismal Studies der Universität Heidelberg, die Aussagen in zwei populären Veröffentlichungen zum Thema Wald analysiert und kommen zu dem Schluss, dass hier Mutmaßungen mit Fakten gleichgesetzt werden.

Quelle: Uni Heidelberg

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Der Bildung von Herzglykosiden in Pflanzen auf der Spur

Der in Deutschland heimische rote Fingerhut Digitalis purpurea (links) und der im nördlichen Afrika beheimatete Fettblattbaum Calotropis procera (rechts), der auch Oscher genannt wird, wurden für die Untersuchungen ausgewählt. Fotos: Angela Overmeyer, CC BY

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena erforschen den bislang weitgehend unbekannten Biosyntheseweg, der in Pflanzen zur Bildung von Herzglykosiden führt. In einer in der Zeitschrift Nature Plants
veröffentlichten Studie stellen sie zwei Enzyme aus der Familie CYP87A als Schlüssel-Enzyme vor, die in zwei verschiedenen Pflanzenfamilien die Bildung von Pregnenolon, dem Ausgangsstoff für die Biosynthese der pflanzlichen Steroide, katalysieren. Die Entdeckung solcher Enzyme soll dazu beitragen, Plattformen für eine günstige und nachhaltige Herstellung hochwertiger Steroidverbindungen für die medizinische Nutzung zu entwickeln.

Quelle: MPI für Chemische Ökologie

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Neue Methode schätzt Widerstandsfähigkeit der Vegetation in Ökosystemen

Der Klimawandel setzt der Vegetation global gesehen stark zu. Das bestätigt eine Studie, die der Potsdamer Geowissenschaftler Dr. Taylor Smith gemeinsam mit Prof. Niklas Boers von der Technischen Universität München und dem Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung durchgeführt hat. Die beiden Forschenden haben eine neuartige Methode entwickelt, um die Widerstandsfähigkeit der Vegetation auf verschiedenen räumlichen Ebenen anhand von Satellitendaten zuverlässiger abschätzen zu können. Ihre in Nature Ecology & Evolution veröffentlichte Arbeit zeigt die Schwierigkeiten auf, die mit der Abschätzung der Vegetationsresilienz auf globaler Ebene verbunden sind und stellt eine Methodik vor, mit der sich quantifizieren lässt, wie zuverlässig diese Abschätzungen sind.

Quelle: Uni Potsdam

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Wie sich Europas Wälder verjüngen, wenn der Mensch nicht eingreift

Naturwaldreservat Tariche Bois Banal, Schweiz. Foto: Markus Bolliger

Wälder erneuern sich von Natur aus selbst. Wie die Waldverjüngung genau funktioniert, ist bisher jedoch kaum erforscht. Wie Forschende nun berichten, ist Konkurrenz zwischen Bäumen eine der treibenden Kräfte der natürlichen Waldverjüngung. Wassermangel verschärft den Wettbewerb massiv; kleine Bäume werden dabei unterdrückt. In Mischwäldern spielen unterschiedliche Verjüngungsstrategien der beteiligten Baumarten zusammen. Das berichtet das Team Forschende der ETH Zürich und der WSL im Journal of Ecology

Quelle: ETH Zürich

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Photosynthese: Fichten setzen auf Algenproteine

Die Gemeine Fichte (Picea abies) nutzt andere Proteine als die meisten Landpflanzen, um Energie aus Sonnenlicht zu gewinnen. Der Baum greift dabei auf Proteine zurück, die sonst vor allem in Grünalgen zu finden sind. Ein zentraler Baustein des  "Photosystem II"-Proteinkomplexes ist das Lichtsammelprotein Lhcb8. In den meisten Landpflanzen ist dagegen das verwandte Protein Lhcb4 zu finden. Nur unter bestimmten Bedingungen bilden Landpflanzen stattdessen Lhcb8. Das berichtet ein Team der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Palacký-Universität in der Tschechischen Republik im Fachjournal Nature Plants. Diese ungewöhnliche Proteinwahl könnte Fichten dabei helfen, besser als andere Landpflanzen mit überschüssigem Licht umzugehen.

Quelle: MLU

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Neue Fettsäuren in Pflanzenölen aufgespürt

Ob in Salatdressings, zum Anbraten und Frittieren oder im Kuchenteig – pflanzliche Öle sind eine Hauptzutat bei der Zubereitung von Lebensmitteln. Forschenden des Lehrstuhls für Lebensmittelchemie an der Bergischen Universität Wuppertal ist es nun gelungen, bisher unbekannte Fettsäuren in Raps- und Leinsamenöl aufzuspüren. So konnten sie die aktuell nur wenig erforschte Densipolsäure, eine Omega-3-Fettsäure, in diesen Ölen eindeutig identifizieren und ihren Gehalt bestimmen, wie sie im Journal of Agricultural and Food Chemistry berichten.

Quelle: Uni Wuppertal

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Kakaobestäubung für höhere Erträge

Damit eine Kakaopflanze solche reichen Früchte trägt, braucht es eine effektive Bestäubung. Wie diese am besten gelingen kann, das hat eine Forschungsgruppe untersucht, an der die JMU beteiligt war. Foto: Justine Vansynghel, Uni Würzburg

Wie sich der Anbau von Kakao durch die richtige Bestäubungstechnik verbessern lässt, at jetzt ein Forschungsteam untersucht, an dem auch die Uni Würzburg beteiligt war. Wie sich der Ertrag und die Qualität von Bio-Kakao durch ein effizienteres Plantagendesign, das ökologische Aspekte berücksichtigt steigern lassen ergab die Feldforschung in Peru. Zu diesem Zweck verglich das Team zunächst die Selbstbestäubung der Blüten mit der Fremdbestäubung. Bei der Selbstbestäubung wird die Blütennarbe mit Pollen der eigenen Blüte (die genetisch identisch sind) bestäubt, während bei der Fremdbestäubung der Pollen von einer Blüte eines anderen Kakaobaums stammt. Das Ergebnis: Während die Selbstbestäubung nur zu einem geringen Erfolg führte, verbesserte sich dieser Wert bei fremdbestäubten Pflanzen um das Drei- bis Achtfache. Ein hoher genetischer Unterschied, also der geringstmögliche Verwandtschaftsgrad zwischen Pollenspender und Pollenempfänger, ist für den Bestäubungserfolg entscheidend. Neben der genetischen Ausstattung konnten die Forschenden sogar weitere Umweltfaktoren ermitteln, die sich auf den Bestäubungserfolg auswirken, etwa die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit. Veröffentlicht sind die Ergebnisse im Fachmagazin Agriculture, Ecosystems and Environment.

Quelle: Uni Würzburg

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Forschungsteam entdeckt 28 neue Flechten-Arten im Amazonasgebiet

Die tropische Krustenflechte Stigmatochroma metaleptoides ist durch eine auffällige Farbänderung unter ultraviolettem Licht gekennzeichnet. Die sonst grauen Scheiben der Fruchtkörper leuchten durch Fluoreszenz orange. Foto und (c): Robert Lücking, Botanischer Garten Berlin

Kolumbien ist das Land mit der dritthöchsten Artenvielfalt auf unserem Planeten, wenn es um die Diversität von Pflanzen und Wirbeltieren geht. Nun hat ein kolumbianisch-deutsches Forschungsteam des Botanischen Gartens Berlin gemeinsam mit seinen kolumbianischen Partnern belegt, dass diese Lebensfülle auch für die Organismengruppe der Flechten gilt: Nicht weniger als 666 Arten fanden sie auf Expeditionen im kolumbianischen Amazonasgebiet, darunter sind 28 neu für die Wissenschaft. Beschrieben sind die neuen Arten im Fachmagazin BioOne.

Quelle: Botanischer Garten Berlin

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Auxin-Signalweg steuert die Bildung von Wurzelhaaren zur Stickstoffaufnahme

Bildung längerer Wurzelhaare bei Stickstoffmangel. Grafik: IPK Leibniz-Institut

Bei einem leichten Stickstoffmangel kommt es zu einer Verlängerung der Haupt- und Seitenwurzeln. Wie Pflanzen mit ihren Wurzelhaaren auf einen derartigen Mangel reagieren und welche Mechanismen dahinterstecken, hat nun ein internationales Forschungsteam unter Führung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in der Pflanze Arabidopsis thaliana untersucht. Ihm ist es gelungen, eine dreistufige Abfolge molekularer Komponenten aufzudecken, über die das Wachstum der Wurzelhaare zur Aufnahme von Stickstoff gesteuert wird. "Und wir haben Transkriptomstudien, molekulargenetische und zellbiologische Ansätze integriert, um nachzuweisen, dass die durch den Stickstoffmangel induzierte Wurzelhaarverlängerung auf einer räumlich koordinierten Auxin-Signalkaskade aufbaut. Diese greift über das Transkriptionsmodul RHD6-LRL3 in das Entwicklungsprogramm der Wurzelhaare ein,“ sagt erklärt Prof. Dr. Nicolaus von Wirén vom IPK. Da mehr und längere Wurzelhaare für Pflanzen eine effiziente Strategie sind, um ihre Wurzeln mit den Nährstoffen im Boden in Kontakt zu bringen, eröffnen diese Erkenntnisse die Möglichkeit, neue Zuchtziele für die Entwicklung von Pflanzen mit verbesserter Stickstoffaufnahme zu definieren. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Current Biology veröffentlicht.

Quelle: IPK (pdf)

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Wie Bäume die Wolkenbildung beeinflussen

Als wesentlichen Faktor der Wolkenbildung haben Forschende des Paul Scherrer Instituts (PSI) Sesquiterpene identifiziert. Die von Pflanzen emittierten, gasförmigen Kohlenwasserstoffe befanden sich bislang noch nicht im Fokus der Forschung - auch weil sie schwer zu messen sind. Die Studie des internationalen CLOUD-Projekts (Cosmics Leaving Outdoor Droplets) am Kernforschungszentrum CERN erschien nun im Fachmagazin Science Advances. Die Erkenntnisse könnten helfen, die Unsicherheiten von Klimamodellen zu reduzieren und präzisere Vorhersagen zu treffen.

Quelle: PSI

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Als üppige Laubwälder die Arktis bedeckten

Blatt von einem Baum der Art Cercidiphyllum crenatum aus dem Pliozän von der Fossilfundstelle Willershausen (Harz). Foto: Staatliches Museum für Naturkunde Stuttgart

In den heute nur spärlich bewachsenen Polargebieten der Arktis gab es im Eozän vor rund 50 Millionen Jahren ausgedehnte, üppige Laubwälder bei einer Kombination aus Treibhausklima und einem gegenüber heute fast doppelt so hohen Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre. Allerdings herrschten in diesen Regionen hoher Breitengrade – wie heute – extreme Lichtverhältnisse: monatelanges Dauerdunkel im Winter und eine, wenn auch tiefstehende, nie untergehende Sonne im Sommer. Vergleichbare Umweltbedingungen sind in dieser Kombination heute auf der Erde nicht zu finden. Daher untersuchte ein Forschungsteam die Lebensbedingungen damals, wollte wissen, ob die Pflanzen ihren Lichtbedarf in dem extremen Wechsel der Tageslängen ausgleichen konnten und ob dabei die damals verbreitete Großblättrigkeit der Laubbäume eine Rolle spielte. Das Team der Universität Tübingen und vom Staatlichen Museum für Naturkunde in Stuttgart wendete quantitative Modelle der Fotosyntheseleistung an, welche die speziellen Lichtverhältnisse nachbilden können, auf fossile Verwandte des Lebkuchenbaumes (Cercidiphyllum japonicum) an. Insgesamt kam das Team auf eine überraschend hohe Produktivität der Wälder. Legt man die aktuellen pflanzenphysiologischen Daten zum Fotosyntheseapparat zugrunde, so dürfte die Fotosyntheseleistung um mindestens 30 bis 60 Prozent höher gelegen haben als an einem heutigen Standort gemäßigter mittlerer Breiten. Hauptfaktor der Verstärkung ist dem Team zufolge der erhöhte Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre gewesen. Verallgemeinern ließen sich ihre Ergebnisse jedoch nicht, betonen die Forschenden, die ihre Studie in der Fachzeitschrift Paleoceanography and Paleoclimatology veröffentlichten.

Quelle: Uni Tübingen

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Ackerbau-Studie zu Zwischenfrucht-Mischungen mit unerwartetem Ergebnis

Bodenprofil eines Versuchsfeldes: Aus dem Erdreich wurden in verschiedenen Tiefen ziegelsteingroße Proben entnommen und daraus die Wurzeln isoliert, gescannt und vermessen. Foto: Foto: Johannes Siebigteroth, Uni Bonn

Nach der Ernte im Herbst werden meist sogenannte Zwischenfrüchte angebaut. Diese verhindern die Erosion und die Auswaschung von Nährstoffen. Zudem stabilisieren sie mit ihren Wurzeln das Bodengefüge. Bislang nahm man an, dass Mischungen aus mehreren Zwischenfrüchten zu einer besonders intensiven Durchwurzelung führen. Eine Studie der Universitäten Bonn, Kassel und Göttingen findet dafür jedoch nur bedingt Belege. Stattdessen bilden die Mischungen dünnere Wurzeln, als wenn nur eine einzelne Zwischenfrucht-Art angebaut wird. Das Ergebnis ist unerwartet. Es dokumentiert, wie wenig die Interaktionen von Pflanzenwurzeln bislang verstanden sind. Die Studie ist in der Fachzeitschrift Plant and Soil erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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Kartoffeln mit Antennen gegen Kraut- und Knollenfäule

Infektionsstelle des Erregers der Knollenfäule Phytophthora infestans auf einem Blatt. Die sich ausbreitenden Erregerhyphen sind rot-fluoreszierend markiert. Lebendes Blattgewebe ist grün, abgestorbenes Gewebe ist dunkel. Die mikroskopische Analyse der Infektionsstrukturen ermöglicht es, die Lebensweise der verschiedenen Erreger zu verstehen. Aufnahme: Sebastian Schornack, Sainsbury Laboratory, Norwich Research Park, CC BY 4.0

Ein Forschungsteam hat einen wichtigen Rezeptor bei wilden Kartoffelsorten aufgespürt, der für neuartige breite Resistenz gegen Knollenfäule verantwortlich ist. Die Bekämpfung der Kraut- und Knollenfäule bei Kartoffeln, die durch Phytophthora infestans verursacht wird, erfordert weltweit den Einsatz zahlreicher Pflanzenschutzmittel. Im Fachmagazin Science berichtet das Team der Universitäten Tübingen, Wageningen und des Sainsbury Laboratory in Norwich, wie sich wilde Kartoffelsorten in einer Umgebung mit konstantem Druck durch Krankheitserreger behaupten und untersuchten dazu die so genannten PRR-Rezeptoren an der Außenseite der Zelloberfläche. Die Grundlagenforschung untersuchte eine Art von PRR-Rezeptor namens PERU, der an ein spezielles Stück Protein von Phytophthora bindet, nämlich an Pep-13, und veranlasst die Kartoffelpflanze so, die Krankheit zu erkennen. Neu ist demnach die Erkenntnis, dass es nicht nur eine Version dieses Rezeptors gibt, sondern Varianten, die unterschiedliche bindende Moleküle erkennen können. Die Erkenntnisse über diese Rezeptoren bereiten den Weg für einen nachhaltigeren Kartoffelanbau der Zukunft. Das Forschungsteam um Prof Dr. Thorsten Nürnberger von der Universität Tübingen, Dr. ir. Vivianne Vleeshouwers der Uni in Wageningen und um Sebastian Schornack vom Sainsbury Laboratory in Norwich geht davon aus, dass es in Zukunft Kartoffeln geben wird, die mit spezifischen Resistenzgenen und verbesserten allgemeinen Abwehrkräften ausgestattet sind.

Quelle: Uni Tübingen

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Wie das Sozialverhalten einer Weizenpflanze die Getreideproduktion beeinflusst

Wie das Verhalten einer einzelnen Weizenpflanze unter einschränkenden Lichtbedingungen die Leistung der Gemeinschaft beeinflusst, haben Forschende nun analysiert. Foto: Thorsten Schnurbusch, IPK Leibniz-Institut

Forschende haben untersucht, wie das Verhalten einer einzelnen Weizenpflanze unter einschränkenden Lichtbedingungen die Leistung der gesamten Gemeinschaft beeinflusst. Sie bewerteten morphologische und biomassebezogene Phänotypen von Einzelpflanzen, die in Mischungen unter Sonnenlicht und simuliertem Schatten angebaut wurden, sowie die Relevanz dieser Phänotypen für die Monokulturgemeinschaft im Feld. Demnach sind kooperative Verhaltensweisen und sehr fruchtbare Blütenstände in einer lichtbegrenzten/schattigen Umgebung sind für eine ertragreiche Getreidepflanzengemeinschaft am wichtigsten. Die Forschenden des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK)  stellten fest, dass Verhaltensweisen, die die Fitness der einzelnen Pflanze fördern, nicht vorteilhaft und in einigen Fällen sogar schädlich für die Leistung der gesamten Gemeinschaft sind. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift Plant, Cell & Environment als Teil der Sonderausgabe Tradeoffs in Plant Responses to the Environment veröffentlicht.

Quelle: IPK (pdf)

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Grünflächen in Deutschland könnten deutlich größeren Beitrag zum Erhalt der Artenvielfalt leisten

Gartenszene mit „Nelkenhügel“, geschmückt mit der Gewöhnlichen Pechnelke (Viscaria vulgaris), die in Deutschland auf der Vorwarnliste, und Nickendem Leimkraut (Silene nutans), die in Sachsen auf der Vorwarnliste steht. Foto: Christian Wirth

Auf privaten und öffentlichen Grünflächen in Deutschland könnten rund 40 Prozent der rückläufigen und gefährdeten heimischen Pflanzenarten gepflanzt werden und seien damit für Conservation Gardening geeignet. Zu dieser Erkenntnis kommen Forschende des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Universität Leipzig, nachdem sie die neuesten Daten der laut Roter Liste gefährdeten Arten aller 16 deutschen Bundesländer gesammelt haben. Die Ergebnisse ihrer Studie wurden nun in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.

Quelle: Uni Leipzig

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Mischfruchtanbau bietet Insektenschutz ohne Ertragsverluste

Die Förderung der Artenvielfalt auf breiter Fläche kann auch in der intensiven Landwirtschaft die Zukunft der Artenvielfalt sichern. Foto: Uni Münster

Wie können wir den drastischen Rückgang der Artenvielfalt stoppen? Eine aktuelle Studie zeigt nun Lösungsmöglichkeiten für Agrarlandschaften. Die Untersuchungen belegen, dass Mischfruchtanbau die Vielfalt von Insekten und anderen Gliederfüßlern in der Landwirtschaft fördert, ohne die Erträge zu beeinträchtigten. Die Studie unter Federführung des Leibniz-Institutes zur Analyse des Biodiversitätswandels (LIB) wurde jetzt im Fachmagazin Ecological Solutions and Evidence veröffentlicht.

Quelle: LIB

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Bodenversalzung: Wilder Wein wehrt sich

Herbstliche Blätter der Wildrebe, die in der Lage ist, auf salzigen Böden zu gedeihen. Forschende des KIT haben untersucht, wie das funktioniert. Foto: Maren Riemann, KIT

Steigende Meeresspiegel als Folge des Klimawandels und künstliche Bewässerung führen dazu, dass Böden zunehmend versalzen. Diese Versalzung wirkt sich auf die Landwirtschaft – auch den Weinbau – negativ aus: Pflanzen sterben ab, Erträge sinken. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben deshalb eine Wildrebe untersucht, die toleranter gegenüber Salz ist. Ziel ist, die genetischen Faktoren zu identifizieren, welche die Rebe widerstandsfähig machen, um sie in kommerzielle Sorten einführen und den Anbau sichern zu können. Ihre Ergebnisse haben sie in Plant Physiology veröffentlicht.

Quelle: KIT

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Algen geben Aufschluss über 600 Millionen Jahre Evolution der Pflanzen

Die Forscherinnen Janine Fürst-Jansen und Dr. Tatyana Darienko führen in der einzigartigen Versuchsanordnung der Algenkultursammlung der Universität Göttingen Experimente durch, um herauszufinden, wie eine der engsten Algenverwandten der Landpflanzen, die einzellige Alge Mesotaenium endlicherianum, auf Licht und Temperatur reagiert. Foto: Thomas Pröschold

Die erstaunliche Vielfalt pflanzlicher Lebewesen geht auf ein Ereignis zurück, das in der Erdgeschichte einmalig ist: der Landgang der Pflanzen. Damals entwickelte sich eine Gruppe aquatischer Algen zu den ersten Pflanzen, die weltweit Land als neuen Lebensraum eroberten. Nachkommen dieser Algen werden noch heute im Labor untersucht, um die Evolution zu enträtseln. Nun hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Jan de Vries von der Universität Göttingen für die einzellige Alge Mesotaenium endlicherianum, ein Vertreter der engsten Verwandten der Landpflanzen, einen großen Datensatz zur Genexpression erstellt und daraus molekulare Netzwerke ermittelt. Dabei zeigten sich Gemeinsamkeiten zwischen der Alge und Landpflanzen. Das Forschungsteam hatte dazu zehn Milliarden RNA-Schnipsel untersucht und „Knotenpunkt-Gene“ ermittelt, die in verschiedenen Algen und Pflanzen zusammenarbeiten. Das ist, als würde man in der Musik herausfinden, welche Noten in verschiedenen Liedern und Genres immer wieder harmonieren. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature Plants erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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Dürrestress verändert Funktion des Regenwaldbodens

Außenansicht des experimentellen Regenwaldes der Biosphere 2 in Oracle, Arizona. Foto: Laura Meredith

Eine umfangreiche Messkampagne im experimentellen Regenwald der Biosphäre 2 zeigt die Auswirkungen von Trockenheit und Wiedervernässung auf die Flüsse biogener flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) im Boden: Demnach wandelt sich bei einer Bodenfeuchtigkeit unter 19 Prozent der Regenwaldboden von einer Netto-VOC-Senke zu einem VOC-Produzenten. Positionsspezifische 13C--Pyruvat-Markierungsexperimente zeigen den Zusammenhang mit Aktivität von Bodenmikroben auf. Die im Fachmagazin Nature Communications publizierte Studie, an der Forschende der Universität Freiburg und des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz beteiligt waren, ermöglicht genauere Klimamodellvorhersagen durch die Integration von VOC-Flüssen im Boden.

Quelle: Uni Freiburg

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Biodiversität schützt vor Invasionen durch gebietsfremde Baumarten

Nicht-​einheimisch und invasiv: Der Götterbaum Ailanthus altissima hat im Schweizer Südkanton Tessin den Weg in die Wälder gefunden. Foto: Jan Wunder, WSL 2015

Die erste globale Studie zeigt das Ausmaß der Invasion gebietsfremder Bäume auf der ganzen Welt. Die Nähe zu menschlichen Aktivitäten ist ein entscheidender Faktor für das Auftreten von Invasionen. Einheimische Artenvielfalt kann das Ausmaß der Invasion nicht einheimischer Baumarten begrenzen, zeigt nun eine internationale Studie unter Leitung von Forschenden der ETH Zürich, die im Fachmagazin Nature veröffentlicht wurde.

Quelle: ETH Zürich

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Baumsterben im Schwarzwald nimmt zu

Waldsterben im Schwarzwald. Foto: Hinrich Spiecker, Uni Freiburg

Forstwissenschaftler*innen haben in einer Langzeitstudie die Auswirkungen von Klimaveränderungen auf Bäume in der Region analysiert. Klimafolgen wie trockene und heiße Sommer reduzieren das Wachstum und erhöhen die Mortalität der Bäume im Schwarzwald, da sie die klimatische Wasserbilanz, also die Differenz zwischen Niederschlag und Verdunstung, negativ beeinflussen. So lautet das zentrale Ergebnis der Studie über den Einfluss von Klimaveränderungen auf die Bäume im Schwarzwald von Prof. Dr. Hans-Peter Kahle und Prof. Dr. Heinrich Spiecker, beide Professoren für Waldwachstum und Dendroökologie an der Universität Freiburg. „Die uns vorliegende Zeitreihe zum Wachstum und zur Mortalität der Bäume im Schwarzwald ist einzigartig und erlaubt eine quantitative Analyse der Folgen von Hitze und Dürre“, sagt Prof. Dr. Kahle. Als Datenbasis diente den Wissenschaftlern des Instituts für Forstwissenschaften eine konsistente Zeitreihe von 68 Jahren (1953 bis 2020) über die jährliche Mortalität aller Bäume auf einer Fläche von rund 250.000 Hektar im öffentlichen Wald des Schwarzwaldes. Diese Daten haben sie mit den Werten einer zweiten Zeitreihe in Verbindung gesetzt, die Aussagen zur klimatischen Wasserbilanz der Monate Mai bis September trifft. Die Studienergebnisse sind in der Fachzeitschrift Global Change Biology erschienen.

Quelle: Uni Freiburg

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Immunabwehr ist der Schlüssel für die Eroberung von Pflanzen an Land

Das Laubmoos Marchantia in freier Natur. Foto: Prof. Hidefumi Shinohara, Fukui Prefectural University, Japan

Eine neue Studie zeigt, dass sich einer der beiden Zweige der Immunabwehr bei Pflanzen wahrscheinlich schon während der Etablierung von Pflanzen an Land entwickelt hat. Demnach wird der erste Zweig der pflanzlichen Immunabwehr, die von vielen Blütenpflanzen und ihren Verwandten eingesetzt wird, auch in der zweiten Hauptgruppe der Landpflanzen gefunden, zu der Moose, Lebermoose und Hornmoose gehören. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich dieser Zweig der pflanzlichen Immunabwehr schon früh während der terrestrischen Evolution entwickelt hat und für die Anpassung der Pflanzen an Land wichtig gewesen sein könnte, wie die Forschenden jetzt in der Zeitschrift Current Biology berichten. Dieser Einblick in die prähistorische Pflanzenimmunität, der unter der Leitung von Hirofumi Nakagami am Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln gewonnen wurde, könnte sich auf die Züchtung resistenterer Pflanzenarten auswirken.

Quelle: MPIPZ

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Hitzesensor schützt die Venus-Fliegenfalle vor Feuer

Die Venus-Fliegenfalle verfügt über einen Hitzesensor in den Sinneshaaren, über den sie auf Hitzewellen im Vorfeld von Buschfeuern reagiert, ihre Fallen schließt und diese damit schützt. Grafik: Shouguang Huang, Uni Würzburg

In den Sinneshaaren der Venus-Fliegenfalle befindet sich ein Hitzesensor, der die Pflanze vor Buschfeuern warnt. Er reagiert auf schnelle Temperatursprünge. Den neu entdeckten Sensor stellen die Würzburger Forschenden im Fachmagazin Current Biology vor. „Im Gegensatz zum Menschen springt der Hitzesensor der fleischfressenden Pflanze nicht beim Überschreiten der Körpertemperatur an, sondern er reagiert auf die Geschwindigkeit der Temperaturänderung“, erklärt Biophysiker Professor Rainer Hedrich.

Quelle: Uni Würzburg

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Auf die genetische Vielfalt kommt es an

Der Kojotentabak Nicotiana attenuata. Foto: Ian T. Baldwin, MPI für chemische Ökologie

Durch mehr Nachkommen in Jahren mit niedrigem Schädlingsbefall bleiben natürliche Tabak-Mutanten mit Abwehrschwäche in der Pflanzenpopulation bestehen. Ein Team von Forschenden am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena zeigt in einer aktuellen Studie in der Zeitschrift PNAS, dass eine einzelne Mutation, die unmittelbare Auswirkungen auf die pflanzliche Fitness hat, in natürlichen Pflanzenpopulationen langfristig erhalten bleibt. Wenn weniger Fraßfeinde in der Nähe sind, wachsen Pflanzen mit dieser Mutation sogar schneller und erzeugen mehr Nachkommen.

Quelle: MPI chemische Ökologie

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Globale Hitzewelle 2023: Juli brachte die heißesten drei Wochen aller Zeiten

Anomalie der Meeresoberflächentemperatur vom 31. Juli 2023. Bezugszeitraum 1985 bis 2012; Daten von NOAA/Coral Reef Watch. Grafik: Bernhard Mühr, CEDIM, KIT

Die ersten drei Wochen des Monats Juli 2023 waren global betrachtet der bis jetzt heißeste Drei-Wochen-Zeitraum. In Deutschland waren in den Sommermonaten 2023 doppelt so viele Menschen täglich Temperaturen von 35 Grad Celsius und höher ausgesetzt als im Mittel der Jahre 1980 bis 1999. Dies geht aus einer nun am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) veröffentlichten Untersuchung hervor. Wie die Forschenden am Center for Disaster Management and Risk Reduction Technology (CEDIM) des KIT im Forschungsbericht (Preprint) weiter berichten, war in Europa die Hitzeexposition der Bevölkerung in Italien am stärksten.

Quelle: KIT

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Warum Gehölzpflanzen auf Inseln so häufig sind

Die nur auf La Palme vorkommende Pflanze Sonchus hierrensis aus der Gattung der Gänsedisteln hat trotz dicker Ascheschicht überlebt. Die nächsten Verwandten auf dem Kontinent sind krautig. Foto: Carl Beierkuhnlein

Verholzte Pflanzen sind auf ozeanischen Inseln ungewöhnlich häufig. Forschende haben nun eine neue Erklärung dieses Phänomens: Mit der Verholzung haben sich viele auf ozeanischen Inseln heimische Pflanzenarten vor den Folgen häufiger Vulkanausbrüche geschützt, bei denen weite Gebiete mit großen Aschemengen bedeckt werden. Verholzende Pflanzen können auch bei Ascheschichten von bis zu einem halben Meter überleben. Am Beispiel der Kanareninsel La Palma stellt das Team der Universität Bayreuth gemeinsam mit Forschungspartnern in Italien, Großbritannien, Norwegen und Spanien seinen Erklärungsansatz in der Zeitschrift npf biodiversity vor.

Quelle: Uni Bayreuth

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Wie sich die Produktivität des Ozeans aus dem Weltraum beobachten lässt

Satelliten-Fernerkundung kann helfen, die Nährstoff-Limitierung im Ozean zu beobachten und zu verstehen, wie sie die Produktivität des Phytoplanktons beeinflusst. Diese winzigen marinen Pflanzen bilden die Basis des Lebens im Meer und sind der Schlüssel zu wichtigen Funktionen des Ozeans wie der Klimaregulierung. In einem heute in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Artikel beschreibt ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Thomas Browning vom GEOMAR diesen neuartigen Ansatz. Er trägt auch dazu bei, biogeochemische Modelle zu verbessern und zukünftige Auswirkungen des Klimawandels besser vorherzusagen.

Quelle: GEOMAR

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Reaktionen der globalen Vegetation auf Dürre

Beispiel für eine Dürre im Sommer 2018, am Polder Zarnekow, Deutschland. Aufnahme: Torsten Sachs, imageo.egu.eu

Die Vegetation reagiert mit verschiedenen Mechanismen auf Dürre, sowohl durch strukturelle als auch durch physiologische Veränderungen der Pflanzen. Eine neue Studie schlüsselt diese Reaktionen im globalen Maßstab auf. Durch Analyse modernster satellitengestützter Daten mithilfe maschinellen Lernens konnte das Team erstmals global nachweisen, dass durch Dürren auch die Physiologie der Vegetation, nicht nur ihre Struktur, in manchen Ökosystemen verändert wurde. Die Ergebnisse der in Nature Communications veröffentlichten Studie, geleitet vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie, helfen zu verstehen, wie globale Ökosysteme auf Wasserknappheit reagieren.

Quelle: MPI für Biogeochemie

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Wie die Symbiose zwischen Korallen und Algen auf zellulärer Ebene reguliert wird

Annika Guse und ihr Team untersuchten die Symbiose von Anemonen der Gattung Aiptasia mit ihren Algenpartnern. Foto und (c): Carolin Bleese

Korallen bieten ihrem Dinoflagellaten-Symbionten Schutz vor Fressfeinden sowie anorganische Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor. Algen versorgen die Koralle im Gegenzug mit Photosynthese-Produkten: Kohlenhydrate, Proteine und Fette. Obwohl ein erfolgreicher Nährstoffaustausch entscheidend für die Gesundheit der Korallen und damit für das gesamte Ökosystem Korallenriff ist, sind die molekularen Mechanismen, welche die Kommunikation in dieser Partnerschaft regeln, noch weitgehend unbekannt. Eine neue Studie der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) im Fachmagazin Current Biology zeigt nun, dass für den Stoffaustausch zwischen Alge und Koralle beziehungsweise Anemone der evolutionär uralte mTOR-Signalweg (Mechanistic Target of the Rapamycin) eine entscheidende Rolle spielt.

Quelle: LMU

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Stoffe aus Maiswurzeln beeinflussen den Weizenertrag

Weizenfeld auf dem Versuchsgelände von Agroscope in Posieux FR. Foto: Valentin Gfeller

Maiswurzeln sondern bestimmte Stoffe ab, die die Qualität des Bodens beeinflussen. In bestimmten Feldern steigert dieser Effekt den Ertrag von Weizen, der nach dem Mais im selben Boden angepflanzt wird, um mehr als vier Prozent. Dies schildern Forschende der Universität Bern im Journal of Sustainable Agriculture and Environment. Die Erkenntnisse aus mehreren Feldexperimenten zeigen zwar, dass solche Effekte stark variabel sind, aber dass sie langfristig doch dazu beitragen könnten, den Anbau von Getreide ohne zusätzlichen Dünger oder Pestizide nachhaltiger zu gestalten.

Quelle: Uni Bern

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Älteste lebende Landpflanze: Angepasst an Extreme und vom Klimawandel bedroht

Wildwachsende Takakia-Population im Hochland von Tibet. Foto: Xuedong Li, Capital Normal University Peking

Das Moos Takakia lepidozioides, ein lebendes Fossil, hat sich im Laufe der letzten 65 Millionen Jahren an die lebensbedrohliche UV-Strahlung in 4.000 Meter Höhe im Hochland von Tibet angepasst, wohingegen sich dessen besonderes Aussehen in sehr viel wärmerem Klima vor mehr als 165 Millionen Jahren entwickelte. Nach nunmehr 400 Millionen Jahren der Evolution und Widerstandsfähigkeit droht dieses Moos nun auszusterben aufgrund des rasch fortschreitenden Klimawandels. Eine Studie identifizierte nun die Anpassungen, die das Moos vor diesen extremen Umwelteinflüssen schützt, und rekonstruierte deren Evolution. Dazu haben die Forschenden das Genom von Takakia lepidozioides zum ersten Mal vollständig sequenziert. Über einen Zeitraum von 10 Jahren dokumentierten die Forschenden den Rückgang von Takakia-Populationen im Hochland von Tibet, sowie einen deutlichen Anstieg der Durchschnittstemperaturen und den Rückzug des nahegelegenen Gletschers. Nach mehr als zehn Jahren Forschung auf dem Dach der Welt und im Labor wurde die Studie unter der Leitung von Prof. Dr. Ralf Reski von der Universität Freiburg und Prof. Dr. Yikun He von der Capital Normal University nun im Fachmagazin Cell veröffentlicht. An den Studienergebnissen hatten 61 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in mehr als 20 Laboren in sechs Ländern mitgewirkt. „Takakia hat die Dinosaurier kommen und gehen sehen. Es hat uns Menschen kommen sehen. Nun können wir von diesem winzigen Moos etwas über Resilienz und Aussterben lernen“, fasst Reski zusammen.

Quelle: Uni Freiburg

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Satelliten zeigen, wie Hitzewellen den Tagesverlauf der Photosynthese ändern

Wie sich Dürreperioden auf das Photosynthese-Verhalten von Pflanzen im Tagesverlauf auswirken, zeigt eine neue wissenschaftliche Studie. Demnach verschieben Pflanzen in ohnehin trockenen Gebieten ihre CO2-Aufnahme während einer Hitzewelle zunehmend in die Morgenstunden und verringern die Photosynthese am Mittag und Nachmittag. Die Forschenden werteten für die Studie Daten von neuartigen geostationären Satelliten aus, die unter anderem während einer Hitzewelle in den USA im Jahr 2020 aufgenommen wurden. An der am 2. August im Fachmagazin Science Advances erschienen Studie einer südkoreanischen Forschungsgruppe waren Forschende des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Universität Leipzig beteiligt. Dr. Benjamin Dechant erklärt im Interview die wichtigsten Ergebnisse.

Quelle: Uni Leipzig

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Zwei Drittel der weltweiten Artenvielfalt lebt im Boden

Der Boden ist der artenreichste Lebensraum der Erde. Zu diesem Schluss kommt eine Übersichtsstudie eines Schweizer Forschungsteams unter der Leitung der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL). Wie aus der ersten Schätzung der globalen Artenvielfalt in Böden hervorgeht, leben zwei Drittel aller bekannten Arten im Boden. Dazu hatte daie Forschungsgruppe die bestehende Fachliteratur herangezogen oder bestehende Datensätze über die in Böden bestimmten Arten erneut ausgewertet. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass zwei Drittel aller Arten im Boden leben, berichten sie im Fachjournal PNAS. Dies ist mehr als doppelt so hoch wie frühere Schätzungen über den Artenreichtum des Bodens. Nach ihnen lebten nur 25 Prozent aller Arten im Boden. Die Gruppe mit dem höchsten Anteil an im Boden lebenden Arten sind die Pilze – 90 Prozent von ihnen leben dort. Es folgen Pflanzen mit ihren Wurzeln mit 86 Prozent Anteil. Regenwürmer und Weichtiere wie Schnecken kommen auf 20 Prozent.

Quelle: WSL

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Auf den Spuren der Ursprünge des Lebens

Ein neues Modell beschreibt die Selbstorganisation von katalytischen Molekülen, die an Stoffwechselzyklen beteiligt sind. Verschiedene Arten von Katalysatoren (dargestellt durch unterschiedliche Farben) bilden Cluster und können sich gegenseitig verfolgen. Grafik: Vika Novak, MPI-DS / LMP

Moleküle können aktive Cluster bilden, die Stoffwechselprozesse katalysieren, indem sie selbsterzeugten Konzentrationsgradienten folgen. Dies ist das Ergebnis einer neuen Studie von Wissenschaftlerinnen und Wissenscahftlern des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPI-DS). Ihr Ende Juli im Fachjournal Nature Communications veröffentlichtes Modell beschreibt die Selbstorganisation von Molekülen, die an Stoffwechselwegen beteiligt sind und fügt so der Theorie über den Ursprung des Lebens einen möglichen neuen Mechanismus hinzu. So lässt sich besser verstehen, wie an komplexen biologischen Netzwerken beteiligte Moleküle, dynamische und funktionale Strukturen bilden können. Die Ergebnisse bieten einen Ansatzpunkt für weitere Experimente zur Entstehung des Lebens.

Quelle: MPI-DS

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Pilz hilft Birne: Neue Pilzart wird Verbündeter im Kampf gegen Schadinsekten im Obstbau

Pandora-Pilz hat einen Birnenblattsauger infiziert und getötet. Foto: Jürgen Gross, JKI

Eine Pilzart namens Pandora cacopsyllae ist der neue Hoffnungsträger, wenn es darum geht, Birnen oder auch anderes Obst künftig vor bakteriellen Krankheiten zu schützen. Eingedenk des Sprichworts, der Feind meines Feindes ist mein Freund, sucht der biologische Pflanzenschutz immer nach natürlichen Gegenspielern, vor allem, um Schadinsekten zu bekämpfen. Fündig wird man bei Parasitoiden, Bakterien, Viren – oder aber wie in diesem Fall im Reich der Pilze. Die bisher unbekannte Pilzart, die Insekten befällt, wurde in einer dänischen Birnenanlage entdeckt und ist jetzt von einem internationalen Forschungsteam unter Beteiligung des Julius Kühn-Instituts (JKI) im Journal of Invertebrate Pathology als neue Art beschrieben worden.

Quelle: JKI

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Jahrringdaten zeigen: In den letzten 1200 Jahren war es noch nie so warm

Die Forschenden analysierten Holz von Bäumen, die in Bergseen konserviert waren. Foto: Håkan Grudd

Wie eine neue, 1200 Jahre lange Zeitreihe aus Baum-Jahrringen zeigt, ist die aktuelle Erwärmung in diesem Zeitraum beispiellos. Dies berichten Forschende der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) in der Fachzeitschrift Nature. Gemeinsam mit anderen Forschenden hat Georg von Arx, Leiter der Forschungsgruppe Dendrowissenschaften, eine neue Rekonstruktion erstellt, die auf einer besonders präzisen Methode basiert, Temperaturinformationen aus Bäumen zu gewinnen, und dabei die Zellwanddicke der Holzzellen in den Jahrringen misst. Für ihre neue Zeitreihe vermassen die Forschenden die Zellwände von 50 Millionen Holzzellen. Diese stammen von 188 lebenden wie auch toten Waldföhren (Pinus sylvestris) aus Skandinavien und Finnland. Im Gegensatz zu früheren Arbeiten kommen die neuen Resultate zum selben Schluss wie die Klimamodelle: Die mittelalterliche Klimaanomalie war zumindest in Skandinavien, von wo das untersuchte Holz stammt, doch nicht so warm wie bisher angenommen. Die heutige Erwärmung liegt damit wahrscheinlich jenseits der natürlichen Schwankungen der Temperaturen der letzten 1200 Jahre, schliessen die Forschenden.

Quelle: WSL

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60 Millionen Jahre alte herbivore Fraßspuren

Eine auf einem versteinerten Walnussblatt erhaltene Pflanzengalle, die durch ein Insekt hervorgerufen wurde. Foto: Torsten Wappler

Welche Faktoren die enorme Vielfalt von pflanzenfressenden Insekten bestimmen, haben Forschende des Hessischen Landesmuseums Darmstadt und des Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrums Frankfurt im Fachjournal PNAS geschildert. Wie sie zeigen entwickelte sich die Diversität herbivorer Insekten in den letzten 60 Millionen Jahren hauptsächlich durch die gemeinsame Nutzung von Nahrungspflanzen. Hierfür analysierte das Forschungsteam die Fraßspuren von Gliedertieren an mehr als 45.000 fossilen Blättern.

Quelle: Senckenberg

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Klimaschutz: Kohlenstoffsenke schrumpft durch geänderte Landnutzung

Wälder können in ihrer Biomasse große Mengen Kohlenstoff speichern und damit die Wirkung von Treibhausgasen abschwächen. Foto: Gabi Zachmann, KIT

Kohlenstoffsenken auf der Landoberfläche können den Treibhauseffekt abschwächen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und an weiteren Forschungseinrichtungen haben verschiedene Datenquellen zusammengeführt und ermittelt, dass der überwiegende Teil der gesamten europäischen Kohlenstoffspeicherung durch oberirdische Biomasse in Osteuropa erfolgt. Vor allem durch Änderungen der Landnutzung ist diese Kohlenstoffsenke jedoch zurückgegangen. Die Forschenden berichten in Communications Earth & Environment.

Quelle: KIT

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Erster Online-Atlas der Ökosystemleistungen in Bayern

Erstmals veröffentlichen Forschende einen frei zugänglichen Online-Atlas zu den Ökosystemleistungen in Bayern unter der Adresse atlas.oekosystemleistung.bayern. Welchen Nutzen der Mensch aus der Natur zieht, ist darin abgebildet und zeigt etwa Ernte, Klima, Erholung und ähnliches. Die Forschenden um Prof. Dr. Thomas Koellner der Professur für Ökosystemleistungen der Universität Bayreuth haben die interaktiven Karten des Atlas gestaltet und dazu mit den Universitäten und Hochschulen aus Würzburg, Augsburg, München und Weihenstephan-Triesdorf kooperiert. Die Daten stammen von Feldexperimenten, aus Computermodellen sowie von Umfragen. In den nächsten Jahren soll der Atlas um weitere Ökosystemleistungen erweitert werden und dann zeigen, wie sich diese über Jahre hinweg verändert haben. Die Forschenden möchten zukünftig auch untersuchen, wie Menschen den Einfluss von Klimaänderungen auf Ökosystemleistungen in privat oder beruflich genutzten Regionen wahrnehmen. Ermöglicht wurde das Projekt durch das Bayerische Netzwerks für Klimaforschung "BayKLIF" des Bayerischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst (StMWK).

Quelle: Uni Bayreuth

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Wettrüsten zwischen Nutzpflanzen und Pilzerregern

Überlagerung der Kristallstrukturen der fünf AVR-Effektoren des Gräser-Mehltaus (Blumeria graminis). Grafik: Yu Cao

Wie Schadpilze die Erkennung durch ihre Pflanzenwirte umgehen und damit eine Infektion begünstigen, haben Forschende aus Deutschland, der Schweiz und China unter der Leitung von Paul Schulze-Lefert vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln (MPIPZ) und Jijie Chai aus China aufgeklärt. Sie beschreiben die Strukturen mehrerer Mehltau-Effektoren aus verschiedenen Unterfamilien in der Fachzeitschrift PNAS. Sie geben damit Einblick in die Pathogeneffektoren, die vom Mehlatu in die pflanzlichen Wirtszellen eingeschleust werden, um eine Infektion zu verursachen. Die untersuchten Strukturen zeigen, wie die Effektoren ein gemeinsames strukturelles Grundgerüst mit einigen lokalen Veränderungen verwenden, die es ihnen ermöglichen, sich der Erkennung durch Immunrezeptoren zu entziehen. "Es ist einer der Heureka-Momente der Wissenschaft, wenn in der Evolution das molekulare Wettrüsten zwischen Pflanzen und Krankheitserregern durch Strukturveränderungen innerhalb einer gemeinsamen dreidimensionalen Proteinarchitektur erklärt werden kann", sagt Paul Schulze-Lefert.

Quelle: MPIPZ

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Muster der Biodiversität endemischer Samenpflanzen entschlüsselt

Canarina canariensis, eine auf den Kanarischen Inseln endemische Blütenpflanze. Foto: Patrick Weigelt

Der Mensch ist eine große Bedrohung für die biologische Vielfalt. Um sie zu schützen, ist es wichtig, ihre Ursprünge zu verstehen. Eine entscheidende Rolle spielen dabei Arten, die evolutionär einzigartig sind, das heißt wenige oder keine nah verwandten Arten haben, und nur in einem begrenzten Gebiet vorkommen, also endemisch sind. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universität Göttingen hat nun globale Muster der Verbreitung endemischer Samenpflanzen aufgedeckt und Umweltfaktoren ermittelt, die ihren Endemismus beeinflussten. Dazu analysierten die Forschenden einen umfangreichen Datensatz zum regionalen Vorkommen von Samenpflanzen, der etwa 320.000 Arten aus weltweit 912 Regionen umfasste. Im Fachjournal PNAS schildern sie ihre Erkenntnisse für den weltweiten Schutz von Biodiversität.

Quelle: Uni Göttingen

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Wie sich Seegras um die Welt verbreitete

Seegraswiesen wie hier in Noer in der Ostsee bieten wichtigen Lebensraum im Flachwasser. Foto: Jan Dierking, GEOMAR

Eine internationale Gruppe von Forschenden rekonstruierte die Besiedlungsgeschichte des Seegrases Zostera marina von dessen Ursprung im Nordwestpazifik über den Pazifik und Atlantik bis ins Mittelmeer. Darüber hinaus stellten sie eine Verringerung der genetischen Vielfalt fest, was Anlass zur Frage gibt, wie gut sich Seegras an das sich verändernde Klima anpassen kann. Seegräser sind die einzigen vollständig unter Wasser lebenden blühenden Meerespflanzen, die Küstenlebensräume auf der ganzen Welt erobert haben. Die Ergebnisse des Forschungsteams unter Leitung von Professor Dr. Thorsten Reusch, Meeresbiologe am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, sind im Fachmagazin Nature Plants erschienen.

Quelle: GEOMAR

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Mehr Nützlinge und weniger Schädlinge in Mischkulturen

Acker mit Winterweizen und Winterraps im Streifenanbau, der sich als besonders vorteilhaft erwies. Foto: Uwe Holst, Uni Göttingen

Mischkulturen können dem globalen Rückgang der biologischen Vielfalt entgegenwirken: Auf Äckern, auf denen gleichzeitig verschiedene Kulturpflanzen wachsen, gibt es mehr nützliche Arthropoden wie Insekten und Spinnen als in Monokulturen. Gleichzeitig kommen weniger Schädlinge vor. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Getreide und Hülsenfrüchten kombiniert werden und im Streifen- oder Reihenanbau gepflanzt wird. Das fanden Forschende der Universität Göttingen mit einer systematischen Literatur- und statistischen Meta-Analyse heraus, die sie im Fachjournal Agriculture, Ecosystems & Environment schildern.

Quelle: Uni Göttingen

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Klimakrise beschleunigt Artensterben – auch in den Anden

Espeletien in Nord-Ecuador, eigentümliche Schopfrosetten-Pflanzen der alpinen Stufe der Nord-Anden. Foto und (c): Harald Pauli, ÖAW

Die Erderwärmung verändert die Pflanzengemeinschaften der Berggipfel weltweit. In den südamerikanischen Anden, der längsten Gebirgskette der Erde, breiten sich Pflanzenarten in höher gelegenen Bergregionen aus, während immer mehr angestammte Gebirgspflanzen – auch von Arten aus Europa – zurückgedrängt werden. Zu diesem Befund kommt ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und Universität für Bodenkultur (BOKU) Wien, und veröffentlichten ihre Ergebnisse im Fachmagazin Fachjournal Global Ecology and Biogeography

Quelle: ÖAW

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Biochar-Basis steuert Pflanzenreaktion - Alternative zu Phosphatdünger

Der Vergleich mit der Kontrollpflanze (Mikroskopaufnahme links) zeigt, dass die Symbiose mit den Mykorrhizapilzen stärker ist, wenn die Tomatensetzlinge auf Weizenstrohbasis (Mitte) gedüngt werden. Werden sie mit Biochar aus Hühnermist gedüngt, ist die Symbiose schwächer (rechts). Aufnahme: JKIP, KIT

Phosphor zählt weltweit zu den am häufigsten eingesetzten Düngemitteln. Doch die natürlichen Phosphorvorkommen schrumpfen. Eine Alternative könnte Biochar darstellen, eine spezielle Pflanzenkohle, die beim Verbrennen von Biomasse entsteht. Unklar war aber bisher, wie sich die Kombination von Biochar und den weitverbreiteten Mykorrhizapilzen auf die Pflanzen auswirkt. Nun haben Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) mittels Genexpressionsanalyse gezeigt, dass die „Antwort“ von Tomatensetzlingen auf die Mykorrhizasymbiose – und damit ihre Phosphaternährung – vom Ausgangsstoff des Biochars abhängt. Die Ergebnisse sind in Science of the Total Environment veröffentlicht.

Quelle: KIT

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Amazonas in der Feuerfalle: Abholzung und Erwärmung können aus Regenwald auf lange Sicht beschädigtes Grasland machen

Die Kombination aus globaler Erwärmung und drastischer Abholzung könnte den Amazonas schneller austrocknen lassen und zu einer regelrechten Feuerfalle für den Regenwald führen. Das zeigt eine neue Studie, die im Fachjournal Nature Communications Earth and Environment veröffentlicht wurde. Feuer kann ein entscheidender Faktor für ein potenzielles Kippen des Amazonas-Regenwaldes sein, da es in der Lage ist, große Teile des Amazonas in einem baumlosen Zustand zu halten. Obwohl Feuer in Regenwäldern eigentlich nicht vorkommt, spielt es eine zunehmende Rolle, wenn der Wald beschädigt oder ausgedünnt wird oder ganz verloren geht. Diese Spirale kann sich soweit fortsetzen, dass Feuer zum dominierenden Treiber des Ökosystems wird. "Es stellt sich heraus, dass Feuer der wichtigste Faktor sein kann, der das Amazonasgebiet nach massiver Entwaldung in einem Graslandzustand hält. Je nach Stärke des Klimawandels werden so in unseren Simulationen 56-86% des Amazonaswaldes am Nachwachsen gehindert", erklärt der Leitautor Markus Drüke vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK). "Wir wissen bereits, dass es umso schwieriger wird, den Waldverlust im Amazonasgebiet rückgängig zu machen, desto mehr Wald verloren geht. Unsere Studie belegt jetzt, dass Feuer hier den Hebel verstärkt“.

Quelle: PIK

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Form und Funktion von Inselpflanzen

Inselpflanzen wie Wildprets Natternkopf (Echium wildpretii) zeigen faszinierende Anpassungen an ihre belebte und unbelebte Umwelt. Mittelgroße, langsam wachsende, verholzte Sträucher dominieren die Pflanzenwelt Teneriffas, zeigt die Studie. Foto: José María Fernández-Palacios

Ein internationales Forschungsteam vergleicht in der Zeitschrift Nature Form und Funktion von Insel- und Festlandpflanzen. Unter der Leitung der Universität Göttingen ergab die große Feldstudie der Pflanzenwelt der Kanarischen Insel Teneriffa Ergebnisse, die anders als erwartet sind: Die Flora der Insel weist eine bemerkenswerte Vielfalt an funktionellen Merkmalen auf. Die Pflanzen weichen aber in funktioneller Hinsicht wenig von Pflanzen des Festlands ab. Doch anders als die Flora des Festlands wird die Flora Teneriffas von langsam wachsenden, verholzten Sträuchern mit einer konservativen Lebensstrategie dominiert. Ozeanische Inseln sind beliebte Modellsysteme in der Ökologie, Biogeografie und Evolutionsforschung und halfen etwa bereits Charles Darwin bei seiner Evolutionstheorie.

Quelle: Uni Göttingen

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Review: Änderungen des Salzgehalts der Ozeane ist Gefahr für Biodiversität

Ein internationales Forschungsteam legt die kritische und doch wenig erforschte Rolle des Salzgehaltes im Wasser in einem sich verändernden Ozean und entlang der Küsten offen. Das Review im Fachjournal Global Change Biology verdeutlicht nicht nur die Auswirkungen der Salinitätsveränderungen auf die Gesundheit und Funktion von Ökosystemen, sondern beschreibt auch zu erwartende Schäden für Küstengemeinden. Die Arbeit zeigt, dass Salinitätsveränderungen ein bedeutendes, jedoch unzureichend erforschtes Problem darstellen. Bislang wurden die Auswirkungen menschengemachter Salinitätsveränderungen stark vernachlässigt - obwohl die Salzbelastung für alle Arten von Organismen, einschließlich Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen, entscheidend ist. „Salinität ist ein zentraler Faktor für viele Stoffwechselprozesse, und die meisten marinen Organismen sind darauf ausgelegt, in Umgebungen mit recht stabilem Salzgehalt zu leben, erklärt der Konstanzer Biologe Christian Voolstra. Die Forschenden warnen davor, dass sich die Auswirkungen von Salinitätsveränderungen mit Meereserwärmung, Sauerstoffmangel, Nährstoffanreicherung und erhöhten Sedimentbelastungen durch den Klimawandel und menschliche Aktivitäten weiter verstärken können. Die Autor*innen betonen die Dringlichkeit, die mit Salinitätsveränderungen zusammenhängenden Belastungen aufzuarbeiten, um marine und Küstenökosysteme sowie deren Biodiversität zu schützen.

Quelle: Uni Konstanz

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Physiker*innen beobachten Genscheren live

Die Zielerkennung des CRISPR/Cas-Komplexes haben Forschende der Physik in Echtzeit beobachtet. Mit der neuen Methode messen sie kleinste Verdrehungen und Drehmomente von Molekülen innerhalb von Millisekunden mit höchster Auflösung. Mit den gewonnenen Daten kann der Erkennungsprozess genau charakterisiert und modelliert werden, um die Präzision der Genscheren zu verbessern. Die Ergebnisse des Teams um Prof. Dr. Ralf Seidel und Dominik Kauert von der Fakultät für Physik und Geowissenschaften wurden in der Fachzeitschrift Nature Structural and Molecular Biology veröffentlicht.

Quelle: Uni Leipzig

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Termiten als Ursache der Feenkreise in der Namib-Wüste bestätigt

Feenkreise in der Namib-Wüste. Foto: Norbert Jürgens, UHH/MIN

In der über zehnjährigen Diskussion um die Ursache der mysteriösen kahlen Kreise in Grasflächen am Ostrand der Namib-Wüste wurde nun bestätigt, dass Termiten die Ursache sind. Das ist das Resultat einer Veröffentlichung von Forschenden des Fachbereichs Biologie der Universität Hamburg, die in der Fachzeitschrift Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics (PPEES) erschienen ist. Gleichzeitig widerlegen sie zentrale Argumente der von Ökosystem-Modellierern vertretenen Erklärung, die Kreise würden durch Selbstregulierung der Gräser verursacht.

Quelle: Uni Hamburg

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Gegen das Eschentriebsterben resistente Bäume sind auch gegen Käfer gewappnet

Der Eschenprachtkäfer (Agrilus planipennis) ist eine invasive Art, dessen Larven in Nordamerika bereits Millionen von Eschen dahingerafft haben. Er wurde 2003 nach Russland eingeschleppt und bewegt sich nach Zentraleuropa. Foto: Beat Wermelinger

Das Eschentriebsterben, eine Pilzkrankheit, hat schon 90% der Bäume in Mitteleuropa befallen. Zusätzlich bedroht die Eschen ein invasiver Käfer. Es gibt aber nun eine gute Nachricht: Bäume, die gegen den Pilz resistent sind, halten auch dem Käfer besser stand, wie ein von der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) geleiteter Versuch zeigt, den die Forschenden in der Fachzeitschrift New Phytologist veröffentlicht haben.

Quelle: WSL beim idw

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Auch Wurzeln können Wärme messen

Je nach Temperatur sind die Pflanzen sehr unterschiedlich gewachsen. Zu sehen sind die Ackerschmalwand, Gemüsekohl und Tomate (von links). Aufnahmen: Carolin Delker, MLU

Pflanzenwurzeln verfügen über ein eigenes Thermometer, um die Temperatur im Boden zu messen und ihr Wachstum daran anzupassen. Das zeigt eine neue Studie unter Leitung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), die in der Fachzeitschrift The EMBO Journal erschienen ist. Bislang ging man davon aus, dass der Pflanzenspross das Wurzelwachstum steuert. Mit umfangreichen Experimenten konnten die Forschenden diese Annahme widerlegen und eine neue Erklärung dafür liefern, wie Wurzeln selbst auf höhere Temperaturen reagieren. Die Ergebnisse könnten dabei helfen, neue Ansätze für die Pflanzenzüchtung zu entwickeln.

Quelle: MLU

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"Wer mit wem" das Blatt-Mirkobiom bildet

Mikrobiologinnen und Mikrobiologen der ETH Zürich haben Modelle entwickelt, die anhand von Nahrung und Stoffwechsel pflanzenbewohnender Bakterien vorhersagen können, wie die Mikroben auf der Blattoberfläche der Modellpflanze Arabidopsis thaliana wechselwirken und so das Mikrobiom bilden. Ihre Ergebnisse schildern die im Fachblatt Science.

Quelle: ETH Zürich

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Logistik-Ansatzpunkt für effizientere Photosynthese identifiziert

Prof. Franz Hagn (re.) und Dr. Umut Günsel vor einem Strukturmodell des untersuchten Transportproteins in der Chloroplasten-Membran. Foto: Astrid Eckert, TUM

Die Außenmembran der Chloroplasten könnte eine Schlüsselrolle spielen, wenn man Photosynthese effizienter machen möchte. Das schlussfolgern Forschende der Membranbiochemie um Prof. Dr. Franz Hagn der Technischen Universität München aus ihren in der Zeitschrift Nature Structural & Molecular Biology veröffentlichten Ergebnissen. Denn nur ein Bruchteil der Sonnenenergie wird bei der Photosynthese wirklich genutzt. Dabei fokussieren sich die Forschenden nicht auf den chemischen Prozess der Photosynthese, sondern sozusagen auf die Logistik. Sie untersuchten die molekulare Struktur eines Transportproteins in der äußeren Membran und konnten aufklären, mit welchem Mechanismus bestimmte Moleküle nach außen gelangen. Damit konnte das Team belegen, dass ein kontrollierter Transport stattfindet, der nach Ladung und Größe von Metaboliten selektiert. „Die Außenmembran der Chloroplasten wurde lange nicht als Barriere für Stoffwechselprodukte der Photosynthese angesehen. Wir haben nun zeigen können, dass sie wahrscheinlich ein wichtiger limitierender und regulierter Faktor ist“, sagt Hagn. Die Effizienz der Photosynthese zu optimieren könnte in Zukunft dazu beitragen, das Wachstum der Pflanzen anzukurbeln und den Ertrag zu steigern. An der Arbeit waren auch Forschende von Helmholtz Munich sowie die Arbeitsgruppe von Prof. Jürgen Soll der Münchner Ludwig-Maximilians-Universität beteiligt.

Quelle: TUM

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Lokaler TV-Bericht auf Neukaledonien führt zur Entdeckung einer neuen Pflanzenart

Geöffnete Einzelblüte von Leichhardtia weari. Foto: Dominique Fleurot

Im April hat ein Team am Lehrstuhl für Pflanzensystematik der Universität Bayreuth eine neue Pflanzenart der Gattung Leichhardtia auf Neukaledonien nachgewiesen und in der Zeitschrift Phytotaxa vorgestellt. Auslöser dieser Entdeckung war ein Fernsehbericht eines lokalen TV-Senders auf Neukaledonien über eine Forschungsreise zur schwer zugänglichen Insel Yandé nordwestlich der Hauptinsel Neukaledoniens, wie die Universtiät heute mitteilte.

Quelle: Uni Bayreuth

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Review: Wie Chemikalieneinsatz und der Verlust der Artenvielfalt zusammenhängen

Pestizide in der Landwirtschaft tragen zum Verlust der Biodiversität bei. Foto: Markus Bernards, Uni Frankfurt

Chemikalien in der Umwelt werden in der Wissenschaft nicht ausreichend als eine der Ursachen für den Schwund der Artenvielfalt in den Blick genommen. Dies zeigen 40 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Forschungsnetzwerks RobustNature an der Goethe-Universität Frankfurt und kooperierenden Instituten in einer Studie, die jetzt in der Zeitschrift Nature Ecology and Evolution veröffentlicht worden ist. Dazu hat das Team die wissenschaftliche Literatur der Jahre 1990 bis 2021 analysiert: Demnach werden die sehr zahlreichen Forschungsarbeiten zur Umweltbelastung durch Chemikalien in einer nur geringen Anzahl hochspezialisierter ökotoxikologischer Fachzeitschriften veröffentlicht, in denen nur sehr selten Arbeiten über den Verlust der Artenvielfalt zu finden sind. Die Forschenden sehen in einem interdisziplinären Ansatz eine neue Chance, den Verlust der Biodiversität besser zu verstehen, um effizienter Gegenmaßnahmen ergreifen zu können. Dazu untersuchen sie die Wechselwirkungen zwischen chemischer Belastung und Biodiversitätsverlust.

Quelle: Uni Frankfurt

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Welche Nährstoffe Pflanzen von Pilzen beziehen

Die rotbraune Stendelwurz (links) ist eine in Symbiose mit Pilzen lebende Orchidee. Die mikroskopischen Aufnahmen (rechts) zeigen die knäuelförmigen Pelotone der Pilze in den Wurzeln der Orchidee. Aufnahmen: Erik Söll

Bei Symbiosen zwischen Pflanzen und Pilzen profitieren i.d.R. beide Partner wechselseitig, manchmal jedoch nur einer der Beteiligten. Nun stellen Forschende erstmals eine Form der Isotopenanalysen vor, die es ermöglicht, sie ohne Einschränkungen auf alle Formen der Symbiose von Pflanzen und Pilzen anzuwenden. Im Prinzip lässt sich künftig für jede Pflanze feststellen, welche und wieviele Nährstoffe sie von Pilzpartnern bezieht, berichten die Forschenden unter der Leitung von Professor Gerhard Gebauer von der Uni Bayreuth in der Zeitschrift New Phytologist über die von ihnen analysierten Mykorrhiza.

Quelle: Uni Bayreuth

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Klimawandel: natürliche Genvariante entdeckt, die Gerste früher blühen lässt

Rechts wachsen Pflanzen mit der besonderen Genvariante: hier sind bereits Ähren zu sehen. Links wachsen Gerstenpflanzen, deren Entwicklung deutlich langsamer abläuft und bei denen noch keine Ähren sichtbar sind. Foto: Tanja Zahn, Uni Halle

Eine winzige Mutation im Erbgut von Gerste sorgt dafür, dass sich die Pflanze schneller entwickelt und damit eher blüht als eine etablierte Gerstensorte. Gleichzeitig bleibt der Ertrag dieser Pflanzen gleich, wie ein Team der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) im Journal of Experimental Botany berichtet. Das ist den Forschenden zufolge von Vorteil, weil die Pflanzen so womöglich besser an die Folgen des Klimawandels angepasst sind und weiter stabile Ernten liefern könnten: "Durch Einkreuzung der von uns gefundenen natürlichen Variante könnte Gerste vor einer Trockenperiode blühen und so einen höheren Ertrag liefern als später blühende Sorten. Solche Anpassungen sind notwendig, um die Welternährung trotz globaler Erwärmung zu gewährleisten", sagt die Agrar- und Ernährungswissenschaftlerin Tanja Zahn, die an der MLU promoviert wird.

Quelle: MLU

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Neue resistente Reissorten gegen bakterielle Erkrankung in Afrika

Nahaufnahme eines mit Xooy infizierten Reisblatts. Das Bakterium breitet sich durch das Blatt aus und verursacht diese typischen Läsionen. Foto: Mohammed Mkuya, Rosemary Murori

In der Fachzeitschrift eLife berichten Forschende von ihrer Entdeckung einer jüngst in Tansania ausgebrochenen Bakterieninfektion – und beschreiben, wie sie eine afrikanische Reissorte so verändert haben, damit sie gegen den Erreger resistent ist. Die bakterielle Reiskrankheit Weißblättrigkeit, ausgelöst von dem Erreger Xanthomonas oryzae pathovar oryzae (kurz: Xoo) führt alljährlich zu großen Ernteverlusten. Prof. Dr. Wolf B. Frommer vom Institut für Molekulare Physiologie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU), der das internationale Forschungskonsortium Healthy Crops leitet, erklärt: „Um die afrikanische Reiserzeugung vor der neuen Bedrohung durch diese pathogenen Bakterien zu schützen, haben wir neue Züchtungsmethoden angewendet, um die ‚Schlösser‘ der beliebten ostafrikanischen Elitereissorte Komboka auszutauschen, damit der ‚Schlüssel‘ des Erregers die Speisekammer nicht mehr aufsperren und somit die Krankheit gar nicht erst verursachen kann. Die optimierten Linien weisen ein breites Resistenzspektrum gegen Vertreter aller uns bekannten asiatischen und afrikanischen Xoo-Stämme auf, darunter auch gegen die Stämme, die kürzlich in Tansania entdeckt wurden.“

Quelle: HHU

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Weizen, Einkorn, Emmer und Dinkel unterscheiden sich in der Protein-Zusammensetzung

Die verschiedenen Weizenarten zeigen große Unterschiede in der Zusammensetzung ihrer Proteine. Foto: Dorothee Barsch, Uni Hohenheim

Die fünf Weizenarten Einkorn, Emmer, Dinkel sowie Hart- und Weichweizen und ihre Sorten unterscheiden sich deutlich in der Zusammensetzung ihrer Proteine. Dies ist das Ergebnis einer großangelegten Studie der Universität Hohenheim in Stuttgart und der Universitätsmedizin Mainz. Die Forschenden identifizierten in 150 Mehlproben insgesamt 2.896 verschiedene Proteine – in jeder Art über 2.500, wie sie im Fachjournal npj Science of Food darlegen. „Nach unserem Wissen ist das eine der umfangreichsten Proteom-Studien bei Getreide, die es bisher gab. Sie setzt einen Meilenstein für eine zukünftig deutlich zielgerichtetere Proteinforschung bei Weizen“, ist Prof. Dr. Friedrich Longin von der Landessaatzuchtanstalt an der Universität Hohenheim überzeugt. Neben dem Anbauort spielt vor allem die jeweilige Sorte eine Rolle. Das ließe sich nutzen: Proteine, deren Vorkommen vor allem von der Sorte abhängt, könnten durch zielgerichtete Züchtung beeinflusst werden – für eine bessere Backqualität, für bessere Erträge oder für eine bessere Verträglichkeit.

Quelle: Uni Hohenheim

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Neuer Mechanismus: Vom Fremd- zum Selbstbestäuber

Solitäre Biene, die die Blüte einer Arabidopsis lyrata besucht. Foto und (c): M. Stift

Biolog*innen belegen einen alternativen genetischen Mechanismus, durch den Pflanzen zu Selbstbestäubern werden können. Dazu führten Konstanzer Forschende ein umfangreiches Experiment durch: Sie kreuzten Individuen aus selbstinkompatiblen und selbstkompatiblen Felsenschaumkresse-Populationen in sämtlichen möglichen Kombinationen. Anschließend bestimmten sie das Fortpflanzungssystem von über 1.500 Nachkommen und brachten dies mit genetischen Daten über die von den Nachkommen vererbten Varianten des S-Gens (S-Allelen) in Zusammenhang. Die Forschenden konnten unter anderem zeigen, dass Kreuzungen zwischen Fremd- und Selbstbestäubern bei den Nachkommen zu beiden Fortpflanzungssystemen führen können. Ausschlaggebend sind dabei die S-Allele des selbstinkompatiblen Partners. Das S-Gen spielt also auch bei dem Verlust der Selbstinkompatibilität der Felsenschaumkresse eine Rolle. Die Forschenden fanden jedoch keine Belege dafür, dass dieser durch eine Funktionsverlustmutation erklärt werden kann, wie sie im Fachjournal Nature Communications zeigen.

Quelle: Uni Konstanz

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Neue Art der Zentromer-Organisation

Die neu gefundene Zentromer-Organisation zeigt, dass nur wenige monozentrische Einheiten ein linienförmiges Holozentromer in der Metaphase bilden und sich in der Interphase zu Clustern organisieren können. Die Genomorganisation in der Chionographis-Pflanze weist Merkmale sowohl monozentrischer als auch holozentrischer Arten auf. Grafik: IPK

Das Zentromer ist der Bereich des Chromosoms, an dem die Mikrotubuli während der Zellteilung ansetzen. Im Gegensatz zu monozentrischen Chromosomen mit einem Zentromer sind bei holozentrischen Arten in der Regel hunderte sogenannter Zentromer-Einheiten entlang beider Schwesterchromatiden verteilt. Ein internationales Forschungsteam hat eine neue Organisationsform des Zentromers entdeckt. Diese könnte ein bisher noch fehlendes evolutionäres Glied im Übergang vom Mono- zum Holozentromer sein. Die Ergebnisse des Forschungsteams unter Führung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) sind jetzt im Journal Nature Communications veröffentlicht worden.

Quelle: IPK (pdf)

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20 Meersalat-Arten identifiziert, darunter drei invasive und neun unbekannte

Weil Algen der Gattung Ulva an frische Salatblätter erinnern, werden sie im Deutschen Meersalat genannt. Foto: Sophie Steinhagen

Die Arten-Anzahl der Grünalge Meersalat (Ulva) im Ostseeraum und am Skagerak der Nordsee ist viel größer als bisher angenommen. Forschende der Universität Göteborg um Dr. Sophie Steinhagen haben mehr als 10.000 Kilometer Küste untersucht, zwanzig Meersalat-Arten identifiziert und damit erstmals die tatsächliche Artenzahl der grünen Makroalgen im Fachjournal Algal Research beschrieben. "Wir haben die biologische Vielfalt der Ostsee, des Kattegatts und des Skageraks untersucht, indem wir eine große Anzahl von Meersalat-Proben entnommen haben und anschließend deren DNA analysiert. Wir fanden 20 Arten und Unterarten: Drei davon sind invasive Arten, die auf verschiedenen Wegen hierher gelangt sind", sagt Dr. Steinhagen. Die Forschenden fanden in schwedischen Gewässern auch völlig neue Ulva-Arten, die bisher noch nicht wissenschaftlich beschrieben wurden. Einige dieser Arten scheinen nur in der Ostsee zu wachsen. Der Anbau von Meersalat, der von Algenforschern zur Alge des Jahres 2015 gewählt wurde, ist als Nahrungsquelle ein schnell wachsender Wirtschaftszweig, und es besteht die Gefahr, dass fremde Arten durch Unkenntnis verbreitet werden. Um wertvolle Ökosysteme an den Küsten zu erhalten und zu schützen, ist es wichtig zu wissen, welche Arten dort wachsen, und keine neuen Arten einzuführen, die die einheimischen Arten verdrängen könnten. "Unsere Studie zeigt, dass Methoden zur Identifizierung von Arten anhand ihres Aussehens allein nicht ausreichen, um die Verteilung der verschiedenen Arten zu bestimmen. Mit dem Aussehen allein waren wir nicht in der Lage, das wahre Ausmaß der biologischen Vielfalt zu erkennen", resümiert Steinhagen.

Quelle: Uni Göteborg

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Im Klimawandel werden auch stabile Wachs- und Holzstoffe abgebaut

Forschende der Universität Zürich entnehmen Bodenproben im Sierra Nevada National Forest. Foto: Michael W.I. Schmidt

Die Klimaerwärmung beschleunigt den Abbau von Humus. Dabei reduzieren sich auch die vermeintlich stabilen Wachs- und Holzstoffe, die den Pflanzen bei der Speicherung von Kohlenstoff in den Blättern und Wurzeln helfen. Dies zeigen Forschende der Universität Zürich im Sierra Nevada National Forest in Kalifornien. Bisher ging die Wissenschaft davon aus, dass chemisch stabilere Verbindungen dem natürlichen Abbau länger widerstehen und somit Kohlenstoff im Boden speichern. Die Studie unter der Leitung von Forschenden des Geographischen Instituts der UZH zeigt, dass Lignin, das den Pflanzen Steifigkeit verleiht, um 17% reduziert war. Cutin und Suberin – wachsartige Verbindungen in Blättern, Stängeln und Wurzeln, die die Pflanzen vor Krankheitserregern schützen –, waren fast 30% weniger vorhanden. Selbst der pyrogene, organische Kohlenstoff, der nach einem Waldbrand zurückbleibt, war deutlich weniger vorhanden, wie die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Geoscience zeigen.

Quelle: Uni Zürich

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Ursprung und geografische Entwicklung der Palmfarne geklärt

Der afrikanische Palmfarn Encephalartos altensteinii Lehm, hier im Botanischen Garten der Universität Neapel "Federico II". Foto: Mario Coiro

Weil sie genetische mit blattmorphologischen Daten sowohl von fossilen als auch von rezenten Palmfarnen (Ordnung Cycadales) kombinierten, gelang es Forschenden um den Paläobotaniker Mario Coiro von der Universität Wien und Kolleg*innen von der Universität Montpellier (Frankreich) erstmals Ursprung und geografische Verbreitung dieser Pflanzen zu klären. Den phylogenetische Stammbaum dieser faszinierenden und bedrohten Pflanzen veröffentlichten die Forschenden in der Fachzeitschrift New Phytologist. Die Studie zeigte, dass Palmfarne tatsächlich auf eine dynamische evolutionäre Verbreitungsgeschichte zurückblicken können, wobei einige wichtige Linien ausstarben und andere sich erst in jüngerer Zeit ausbreiteten. Diese palmenartige Pflanzen sind eine evolutionär sehr alte und einst sehr vielfältige Gruppe, die zur Zeit der Dinosaurier weltweit verbreitet waren. Heute ist ihre Verbreitung auf subtropische Regionen der Erde mit niedrigen Breitengraden beschränkt und einige von ihnen werden als "lebende Fossilien" betrachtet. Die Ergebnisse der Studie hilft auch bei der Erhaltung der heute noch vorkommenden Palmfarne.

Quelle: Uni Wien

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Neue Methode analysiert Verteilung und Transport von Elementen in einzelnen Zelltypen

Mit FACS-ICP-MS werden verschiedene Wurzelzelltypen, die durch den Abbau der Zellwand isoliert wurden, anhand der Expression fluoreszierender Reporter getrennt. ICP-MS bestimmt dann die Konzentration mehrerer Mineralstoffe in diesen aufgeteilten Zelltypen. Grafik: IPK

Ein internationales Forschungsteam hat eine neue Methode entwickelt, die fluoreszenzaktivierte Zellsortierung (FACS) kombiniert mit induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS). Damit erfasste es die Konzentration von Mineralstoffen in verschiedener Zellpopulationen in den Wurzeln von Arabidopsis thaliana-Pflanzen, wie das Team unter Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) im Fachjournal Nature Communications berichtet. Die Kartierung der Verteilung einzelner Mineralstoffe in unterschiedlichen Zelltypen ist wichtig, um zu verstehen, wie Nährstoffe und toxische Elemente von den Wurzeln auch in oberirdische Organe der Pflanze gelangen und physiologisch wirksam werden.

Quelle: IPK (pdf)

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Neblige Amazonas-Täler bieten Schutz vor Klimawandel

Täler am Amazonas mit häufiger Nebelbildung dienen im Klimawandel als Rückzugsräume für empfindliche Arten. Foto: Andre Obregon

In Senken des Amazonastieflands tritt besonders häufig Nebel auf, der feuchtigkeitsabhängige Pflanzen vor Austrocknung bewahren kann. Wenn die globale Erwärmung vermehrt zu Dürren führt, bieten die nebligen Täler daher einen schützenswerten Rückzugsort für die Artenvielfalt am Amazonas; dies hilft auch, den Regenwald als Bollwerk gegen den Klimawandel zu erhalten. Das folgert ein deutsch-belgisches Forschungskonsortium unter Marburger Leitung aus Beobachtungsdaten, die von Satelliten stammen. Das Team um den Marburger Umweltgeographen Professor Dr. Jörg Bendix berichtet im Fachblatt Communications Earth & Environment über seine Ergebnisse. Wie die Analyse zeigt, sind Tiefland-Nebelwälder über das ganze Amazonasgebiet verbreitet, doch nimmt ihre Häufigkeit in der trockenen Jahreszeit ab. Am ehesten bleibt der Nebel in Landschaftssenken erhalten, wo er sich als besonders widerständig gegenüber Dürren erweist. „Auf der Grundlage unserer Ergebnisse empfehlen wir dringend den Schutz dieser feuchten Rückzugsgebiete, insbesondere in stark gefährdeten Gebieten“, schreiben die Autorinnen und Autoren.

Quelle: Uni Marburg

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Klima bestimmt Vegetationsformen

Grenze zwischen Wald und Savanne in Afrika. Foto: Lawrence Kruger

Das Klima spielt die dominante Rolle für die Herausbildung globaler Vegetationsmuster, zeigt eine neue Studie in Science, die vergangene Woche publiziert und heute der Öffentlichkeit vorgestellt wurde. Darin entkräften die Forschenden mit einem neuartigen Modell das bislang geltende Paradigma der alternativen Ökosystemzustände und belegen, dass es meistens von klimatischen Faktoren abhängt, ob Regionen in Afrika von Wald oder Savanne bedeckt sind. "Die Forschungsergebnisse stärken daher die Annahme, dass wissenschaftlich gut begründete Prognosen in Bezug auf den Klimawandel eine verlässliche Basis sind, um bevorstehende Veränderungen von Ökosystemen und Vegetation richtig einschätzen zu können – nicht allein in Afrika, sondern auch in anderen Regionen der Erde“, sagt Erstautor Prof. Dr. Steven Higgins, Inhaber des Lehrstuhls für Pflanzenökologie an der Universität Bayreuth. Gleichzeitig warnen die Autor*innen der Studie vor Maßnahmen, die den Einfluss des Klimas auf die Vegetation unterschätzen. „Die Annahme, die natürliche Kohlenstoffspeicherung auf der Erde lasse sich durch eine großräumige Umwandlung afrikanischer Savannen in Waldgebiete steigern, ist verfehlt und sogar gefährlich. Derartige Aufforstungen hätten voraussichtlich wenig Erfolg, da die Waldplantagen unter diesen Klimabedingungen nicht lange überdauern können. Sie würden aber die Biodiversität der Savannenökosysteme beschädigen“, sagt Dr. Timo Conradi, Bayreuther Ko-Autor der Studie.

Quelle: Uni Bayreuth

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Plasmabehandeltes Wasser stärkt Gerstenpflanzen

Dr. Henrike Brust (l.), vom Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP), und Prof. Dr. rer. nat. Christine Stöhr, vom Institut für Botanik und Landschaftsökologie der Universität Greifswald, gehören zu den Autor*innen der Studie. Foto: INP

Mit plasmabehandeltem Wasser reagieren Getreidepflanzen besser auf Trockenstress und Wetterextreme wie Dürren. Kaltes Atmosphärendruckplasma stellt dabei eine physikalische Methode dar, um den Einsatz chemischer Mittel zu reduzieren und besteht u.a. aus Elektronen, Ionen, neutralen Atomen und Molekülen sowie reaktiven Spezies. Hierzu sind einzelne Parameter, die als Indikator für oxidativen Stress in einer Pflanze gelten, miteinander verglichen und Hinweise auf einen Zusammenhang zwischen einer Plasmabehandlung und Stärkung der Pflanze formuliert worden. Es wurden Gerstenpflanzen im Gewächshaus sowohl mit entmineralisiertem, plasmabehandeltem Wasser also auch nur mit entmineralisiertem Wasser besprüht und daraufhin oxidativem Stress wie Trockenheit ausgesetzt. Die Auswirkungen dieser Behandlungen haben die Forschenden in den Blättern und in der Wurzel analysiert und ihre Ergebnisse im Journal of Plant Growth Regulation veröffentlicht. Bei der Plasmabehandlung entstehen unter anderem Wasserstoffperoxid und Stickstoffmonoxid in geringer Konzentration. Beide Moleküle regen das Signalnetzwerk der Pflanze an, enzymatische und nichtenzymatische Antioxidantien zu produzieren, also gegen den oxidativen Stress anzukämpfen. Prof. Dr. rer. nat. Christine Stöhr, Professorin für Pflanzenphysiologie am Institut für Botanik für Landschaftsökologie der Universität Greifswald und Leiterin der Forschungsgruppe, bilanziert: „Die Komponenten, die die Pflanze braucht, um entsprechend auf einen oxidativen Stress reagieren zu können, hat sie durch das plasmabehandelte Wasser erhalten. Es bleibt die Frage, ob noch weitere Prozesse stattfinden. .. Wir schauen uns nun die Genexpression der Pflanze an, um zu analysieren, welche Gene angeschaltet werden, die diese Reaktionen hervorrufen.“

Quelle: Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie

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Verständnis der Blütendegeneration bei Gerste erschließt höheres Ertragspotenzial

Forschende wollen das Ertragspotential der Gerste besser erschließen. Foto: T. Schnurbusch, IPK

Bei Pflanzen kommt es oft zu einer Degenration von Blatt- und Blütengewebe. Diese Degeneration beginnt bei Getreidepflanzen wie Gerste mit einem Wachstumsstillstand der Ährenspitze. Um die molekularen Grundlagen der Degeneration der Ährenenspitzen während der Vorblüteentwicklung (PTD) aufzuklären, nutzte ein internationales Forschungsteam unter Führung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) verschiedene Ansätze. Wie es nun in der Fachzeitschrift Plant Cell zeigt, führt die Gersten-PTD zu Zucker- und Aminosäureabbau und einer Abscisinsäure-Reaktion. Zudem identifizierte das Forschungsteam das Gen GRASSY TILLERS1 (HvGT1) als wichtigen Modulator der PTD.

Quelle: IPK (pdf)

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Englisches Hasenglöckchen nicht durch Sex mit Eindringlingen bedroht

Hasenglöckchen. Foto und (c): Johannes Vogel, MfN

Arten, die aus anderen Gebieten einwandern, stellen eine der fünf großen Bedrohungen für den Erhalt der Biodiversität dar. Ihre Wanderungen werden weltweit möglichst genau beobachtet, um einheimische Ökosysteme und ihre darin beheimateten Arten zu erhalten. Auch das beliebte englische Hasenglöckchen (Hyacinthoides non-scripta) schien durch eine invasive Art, das spanische Hasenglöckchen (H. hispanica) bedroht. Jetzt fand ein internationales Team von Wissenschaftler:innen heraus, dass die Invasorin für die heimische Flora nicht gefährlich ist und – noch überraschender – gar nicht aus Spanien stammt. „Das Ergebnis zeigt einmal mehr, wie wichtig es ist, die Biodiversität genau unter die Lupe zu nehmen. Nur auf Basis wissenschaftlich fundierter Ergebnisse können wirksame Maßnahmen zum Schutz der Biodiversität lokal, regional und globale ergriffen werden“, kommentiert Prof. Johannes Vogel. Der Generaldirektor des Museums für Naturkunde (MfN) Berlin ist Coautor der Studie, die er noch als Keeper of Botany in London mitinitiiert hat, die unter der Leitung des Royal Botanic Garden Edinburgh (RBGE) durchgeführt und bei Plants, People, Planet veröffentlicht wurde.

Quelle: MfN

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Aufgegebenes Land kann Artenvielfalt fördern und schaden

Blick aus einem verlassenen Haus in die verwilderte Landschaft. Foto: Malkolm Boothroyd

In den vergangenen 50 Jahren sind immer mehr Menschen vom Land in die Stadt gezogen. Mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung lebt heute in oder nahe einer Stadt. Bis 2050 wird ein Anstieg auf etwa 70 Prozent erwartet. Zurück bleiben verlassene Felder, Weiden, Minen, Fabriken und ganze Dörfer. Seit den 1950er Jahren ist die Fläche der brachliegenden Landschaft weltweit auf ungefähr 400 Millionen Hektar angewachsen; Kriege und der Klimawandel treiben diese Entwicklung zusätzlich voran. Wie Forschende der Universität Göttingen und des Internationalen Instituts für Angewandte Systemanalyse (IIASA) in Österreich am 11. Mai im Fachmagazin Science zeigen, kann die Nutzungsaufgabe von Flächen sowohl eine Chance als auch eine Bedrohung für die Artenvielfalt sein und machen klar, dass Brachflächen bei der Bewertung von globalen Wiederherstellungs- und Erhaltungszielen entscheidend sind.

Quelle: Uni Götttingen

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Wie Licht das Wachstum von Pflanzenwurzeln steuert

Der Zucker Saccharose gewährleistet nicht nur die Kohlenhydratversorgung der Wurzel, sondern dient gleichzeitig als Signalgeber für die Ausbildung einer lichtabhängigen Wurzelarchitektur. Das geschieht auf zwei Wegen: Zum einen steuert Saccharose direkt das Längenwachstum der Zentralwurzel. Zum anderen reguliert die zur Wurzelspitze transportierte Saccharose die Produktion des Pflanzenhormons Auxin. Dieses Hormon ist Taktgeber für die periodische Ausbildung von neuen Seitenwurzeln. Die Ausbildung von Seitenwurzeln und die Verlängerung der Hauptwurzel wird durch den gemeinsamen Signalgeber synchronisiert. Das zeigen Pflanzenforschende um Dr. Stefan Kircher und Prof. Dr. Peter Schopfer von der Uni Freiburg im Fachmagazin Current Biology.

Quelle: Uni Freiburg

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Küstenökosysteme als „Klimaschützer"

Die Küstenökosysteme in acht von zehn Weltregionen sind eine Netto-Treibhausgas-Senke. Das heißt: In diesen Regionen ist die Aufnahme von Kohlendioxid (CO2) stärker als die Emissionen von Methan und Distickstoffmonoxid (Lachgas). Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie unter der Leitung der australischen Southern Cross University mit Beteiligung des Helmholtz-Zentrums Hereon, des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) und des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel, die Anfang der Woche in Nature Climate Change veröffentlicht wurde. „Zu verstehen, wie und wo Treibhausgase in Küstenökosystemen freigesetzt und absorbiert werden, ist ein wichtiger erster Schritt zur Umsetzung wirksamer Klimaschutzstrategien", sagt die Erstautorin und Leiterin der Studie Dr. Judith Rosentreter, Senior Research Fellow an der Southern Cross University in Australien. Der Schutz und die Wiederherstellung von Mangroven- und Salzwiesen-Lebensräumen sei beispielsweise eine vielversprechende Strategie, um die Aufnahme von CO2 durch diese küstennahen Feuchtgebiete zu erhöhen.

Quelle: Hereon

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Raps und der Feind im Boden

Faktoren, die an der Stimulierung der Keimung von Dauersporen des Pilzes Plasmodiophora brassicae beteiligt sind. Grafik: Andreas von Tiedemann

Nutzpflanzen sind auch attraktiv für schädliche Mikroorganismen. Die meisten Pathogene können nur bestimmte Pflanzen befallen. Wie pflanzenpathogene Pilze im Boden ihre Wirtspflanze finden, wird seit Jahren erforscht. Bisher galt, dass die Wirtspflanzen die Sporen der Pilze durch die Abgabe von Zucker, Aminosäuren und anderen Verbindungen aus ihren Wurzeln spezifisch zur Keimung anregen und so ihren Befall auslösen. Forschende der Universität Göttingen haben nun widerlegt, dass die sogenannten Wurzelexsudate die primären Auslöser der Sporenkeimung und damit der Wurzelinfektion sind. Stattdessen wird die Aktivität der Sporen durch eine Kombination verschiedener Faktoren gesteuert. Dabei spielt die Gemeinschaft der Bakterien im Boden eine wichtige Rolle. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift PLOS Pathogens erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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Wie sich Stammzellen der Wurzel vor Salzstress schützen

Salzstress (Na+) löst ein Kalzium-Signal (Ca2+) in Wurzeln aus. Dadurch wird über den SOS-Signalweg das Na+- Exportprotein SOS1 aktiviert. Die Kalzium-unabhängige Aktivierung des SOS2-SOS1-Moduls durch die Rezeptorkinase GSO1 ist ein neuer Mechanismus der pflanzlichen Salztoleranz. Dieser schützt insbesondere die Stammzellen im Meristem der Wurzelspitze vor den toxischen Effekten hoher Salzkonzentrationen. Grafik und (c): L. Wallrad, The EMBO Journal (2023)e113004

Forschende haben einen Mechanismus gefunden, mit dem Arabidopsis-Pflanzen ihre empfindlichen Stammzellen im Bildungsgewebe der Wurzelspitze vor Salzstress schützen. Versalzene Böden werden unfruchtbar und Pflanzen wachsen dort schlechter oder gar nicht mehr, was als eine der größten Bedrohungen für die Ernährung der Weltbevölkerung gilt. Das chinesisch-deutsch-spanische Forschungsteam, darunter Prof. Dr. Jörg Kudla und seine Mitarbeitenden von der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster, stellt nun in der Fachzeitschrift EMBO Journal vor, wie das Meristem dafür sorgt, dass die Wurzel ständig neue Zellen bildet und somit wachsen kann: Es ist besonders empfindlich; seine Zellen haben im Gegensatz zu fertig ausgebildeten Pflanzenzellen keine Vakuole im Inneren, in die Schadstoffe entsorgt werden könnten. Dass die Pflanzen zusätzlich speziell ihre Wurzelstammzellen schützen, war bislang unbekannt. „Der von uns entdeckte Signalweg, der Komponenten bekannter Salzstress-Signalwege mit Signalproteinen zur Steuerung der Wurzelentwicklung vereint, dient einer zusätzlichen, spezifischen Entgiftung der Pflanze“, unterstreicht Kudla.

Quelle: WWU

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News · Forschungsergebnis

Agri-Photovoltaik-Anlagen schützen Pflanzen bei Dürre

Bei Dürre wirkt der Schatten hoch aufgeständerter Agri-Photovoltaikanlagen sogar ertragssteigernd. Foto: Andreas Schweiger, Uni Hohenheim

Wie Forschende im Magazin Plants, People, Planet im April zeigten, kann die Beschattung von Feldern durch Photovoltaik-Anlagen die Folgen von Trockenperioden in der Landwirtschaft abschwächen. Die Beschattung, die bei ausreichend Wasser oft die Ernteerträge senkt, kann bei Dürre sogar zu Ertragssteigerungen führen. Der Effekt kann besonders für Regionen wichtig werden, in denen es gleichzeitig ein starkes Bevölkerungswachstum und ausgeprägte Dürreperioden gibt, wie beispielsweise in Indien oder Afrika. Aber auch in Europa muss in Zukunft mit längeren Trockenperioden gerechnet werden. Aus Sicht der Wissenschaftler*innen der Universität Hohenheim besteht jedoch noch erheblicher Forschungsbedarf – vor allem zu der Frage, welche Pflanzen sich für die unterschiedlichen Systeme am besten eignen, bewerten sie die Ergebnisse heute.

Quelle: Uni Hohenheim

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News · Forschungsergebnis

Wie Pflanzen mithilfe von Zucker Wurzeln schlagen

Zwei Seitenwurzelprimordien, die sich aus der Hauptwurzel einer Arabidopsis thaliana-Pflanze entwickeln. Die Bilder (mit "falschen" Farben) wurden mit einem konfokalen Mikroskop aufgenommen. Aufnahme: Michael Stitz, Uni Heidelberg

Ein grundlegender molekularer Mechanismus kontrolliert zusammen mit der Umverteilung von Zuckern innerhalb der Pflanzen die Ausbildung neuer Seitenwurzeln. Er beruht auf der Aktivität eines bestimmten Faktors, dem Protein Target of Rapamycin (TOR), wie ein internationales Team von Forschenden heute im EMBO Journal schildert. Denn bislang war unklar, wie die Pflanze erkennt, dass Ressourcen in Form von Zucker für die Ausbildung von seitlichen Wurzeln überhaupt zur Verfügung stehen. „TOR nimmt eine Art Pförtnerrolle ein; wenn die Pflanze über das Hormon Auxin das für die Wurzelbildung verantwortliche genetische Wachstumsprogramm aktiviert, überprüft TOR, ob auch genügend Zucker-Ressourcen für diesen Prozess zur Verfügung stehen,“ erklärt der Leiter der Forschungsarbeiten, Prof. Dr. Alexis Maizel vom Centre for Organismal Studies der Universität Heidelberg. Dazu kontrolliert TOR die Translation bestimmter Auxin-abhängiger Gene und blockiert deren Expression, wenn nicht genügend Zucker-Ressourcen zur Verfügung stehen. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, Pflanzenwachstum und damit Ernteerträge zu verbessern.

Quelle: Uni Heidelberg

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News · Forschungsergebnis

Versteckspiel im Centromer

Arabidopsis thaliana Pflanzen. Foto: Jörg Abendroth, MPI für Biologie Tübingen

Wie ein internationales Forschungsteam zeigt, können Centromere auch innerhalb einer einzigen Art erstaunlich unterschiedlich sein und erweitern damit unser Verständnis vom sog. „Centromer-Paradox” (beobachtete Vielfalt der Centromere in Größe und Struktur, die sich trotz derselben Funktion in den verschiedenen Pflanzen und Tieren entwickelt hat). Dazu analysierte das Team etliche Pflanzen der Art Arabidopsis thaliana sowie Material der Schwesterart Arabidopsis lyrata. In der Fachzeitschrift Nature schildern sie außerdem, welche molekularen Mechanismen für die schnelle Evolution der Centromere verantwortlich sind und welche Rolle sie bei der Entstehung neuer Arten spiele könnten. Demnach erzeugt eine Art Tauziehen zwischen „egoistischem“ Gen und zellulärem Aufräummechanismus die beobachtete genetische Vielfalt. An der Studie waren die Universität Cambridge, das Max-Planck-Institut für Biologie Tübingen und die Universität Sussex beteiligt.

Quelle: MPI für Biologie

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Was den Appetit auf Insekten weckt

Ein fleischfressendes Blatt von Triphyophyllum peltatum mit Drüsen, die zum Fang von Insekten eine klebrige Flüssigkeit absondern. Foto: Traud Winkelmann, LUH

Unter bestimmten Umständen entwickelt sich die seltene Tropenpflanze Triphyophyllum peltatum zum Fleischfresser. Das Haken- oder Dreifaltigblatt ist die einzig bekannte Pflanze weltweit, die sich manchmal zum Fleischfresser entwickeln kann: nämlich wenn ein Mangel an Phosphor vorliegt. Die Forschenden hatten die die Pflanzen verschiedenen Stressfaktoren ausgesetzt, darunter Mangel an verschiedenen Nährstoffen. Nur ein Phosphor-Mangel ließ sie zum Fleischfresser werden. Dann hält die Pflanzen, die nur sehr schwer in Kultur zu halten ist, kleine Insekten mit Klebfallen in Form von Sekrettropfen fest und verdaut sie mit speziellen Enzymen. Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Leibniz Universität Hannover (LUH) und der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) in der Fachzeitschrift New Phytologist.

Quelle: LUH

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Analyse einzelner Pflanzenzellen offenbart Biosynthese von Naturstoffen

Die Rosafarbene Catharanthe (Catharanthus roseus) produziert eine Reihe von Alkaloiden von medizinischem Interesse. Foto: Angela Overmeyer, MPI für chemische Ökologie

Ein internationales Team von Forschenden stellt eine vielversprechende Strategie zur Entschlüsselung von Stoffwechselwegen zur Bildung von Pflanzeninhaltsstoffe mit medizinischer Bedeutung vor. Das Forschungsteam untersuchte die Biosynthese von zwei Alkaloiden aus der Pflanze Catharanthus roseus, die in der Medizin als Krebstherapeutika eingesetzt werden. Mithilfe von Einzelzell-Analysen konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler neue, für die Biosynthese wichtige Gene entdecken und zeigen, dass die Zwischenprodukte des Stoffwechselwegs in spezifischen Zelltypen angereichert werden. Ihre Ergebnisse haben die Forschenden der University of Georgia, USA, und des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena im Fachjournal Nature Chemical Biology Open Access veröffentlicht.

Quelle: MPI für chemische Ökologie

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News · Forschungsergebnis

Wegweiser durchs Pflanzengenom

Mit der neuen Methode können die Unterschiede in der Erbinformation identifiziert werden, die für die Variation von Pflanzenmerkmalen zwischen verschiedenen Sorten verantwortlich sind. Grafik: Paul Schwaderer, HHU, andriigorulko / valiantsin – stock.adobe.com

Eine der größten Herausforderungen der modernen Pflanzenforschung ist es, die Unterschiede in der Erbinformation zu finden, die für die Variation der Merkmale wie etwa Resistenzen, Pflanzenhöhe und Ertrag verantwortlich sind. Ein Forschungsteam entwickelte nun ein Verfahren, um diese speziellen Unterschiede in der Erbinformation zu identifizieren. Am Beispiel von Mais demonstrieren sie das große Potenzial der Methode, das mit Hilfe von Hybridpflanzen die direkten Auswirkungen der DNA-Sequenzvariation auf die Transkriptionsfaktorbindung misst. Ihre Analysemethode erlaubt es genau zu messen, ob Transkriptionsfaktoren mehr an das mütterliche oder das väterliche Erbgut binden. Das Team präsentiert Regionen im Maisgenom, die bei der Züchtung zur Ertragsteigerung und der Schädlingsresistenz helfen können. Die Studie des Teams um Dr. Thomas Hartwig, Leiter der Arbeitsgruppe Crop Yield am Instisit für Molekulare Physiologie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und am Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln, an dem auch Forschende des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben sowie der University of Nebraska-Lincoln und der Iowa State University in den USA beteiligt war, ist nun im Fachjournal Genome Biology erschienen.

Quelle: HHU

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News · Forschungsergebnis

Physikern gelingt Rekonstruktion der Sauerstoffbildung

Mit 40 Kilogramm Spinat, 3 Millionen Laserblitzen und 600.000 simulierten Atomen gelang es Physiker*innen von den Universitäten in Berlin und dem italienischen L'Aquila die Bewegung von Elektronen und Atomen in der photosynthetischen Sauerstoffbildung experimentell und rechnerisch nachzuverfolgen. Ihre Studie ist im Fachmagazin Nature erschienen. Sie liefert Einblicke in den biologischen Prozess, der wahrscheinlich in den letzten drei Milliarden Jahren auf der Erde unverändert abgelaufen ist. Die Erkenntnisse können auch für die Produktion von grünem Wasserstoff oder anderen erneuerbaren Brennstoffen bedeutsam sein.

Quelle: FU Berlin

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Wildpflanzen können sich bei landwirtschaftlicher Vermehrung verändern

Wildpflanzen für Renaturierungsprojekte werden in Kultur vermehrt. Foto: Matthies Landwirtschaft

Wie sich die Eigenschaften von Wildpflanzenarten im Zuge einer landwirtschaftlichen Saatgutproduktion verändern, wie man sie etwa für Renaturiereungmaßnahmen vermehrt, haben Forschende nun analysiert: Innerhalb von nur drei Generationen entwickelten einige Arten Anzeichen eines Domestikationssyndroms – einer Reihe von Merkmalen, die Nutzpflanzen typischerweise während der Domestikation entwickeln: Sie wurden größer, blühten üppiger und einheitlicher. Die in den ersten Generationen beobachteten Veränderungen waren jedoch zumeist geringfügig und dürften die Eignung der derzeit produzierten Samen für Renaturierungszwecke nicht beeinträchtigen. Dennoch sind die beobachteten Merkmalsverschiebungen eine erste Warnung, dass Saatgut von Wildpflanzen nur für eine begrenzte Anzahl von Generationen produziert werden sollte, bevor eine Auffrischung durch frisches Saatgut aus der freien Natur erfolgt. Die Ergebnisse hat das Team unter der Leitung von Forschenden der Universität Marburg in der Zeitschrift PNAS veröffentlicht.

Quelle: Uni Marburg

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News · Forschungsergebnis

Klimawandel: Wäldern des Mittelmeerraums droht Versteppung

Etwa 400.000 Jahre alte Pollenkörner aus Tenaghi Philippon. Aufgrund ihrer guten Erhaltungsfähigkeit bleiben sie in Bohrkernen überliefert und ermöglichen die Rekonstruktion von Vegetations- und Klimaveränderungen der erdgeschichtlichen Vergangenheit. Aufnahme: Ulrich Kotthoff

Mit dem Ziel, die Konsequenzen des menschengemachten Klimawandels für mediterrane Ökosysteme vorherzusagen, haben Geowissenschaftler*innen der Universität Heidelberg natürliche Klima- und Vegetationsschwankungen der vergangenen 500.000 Jahre untersucht. Dazu analysierten sie fossile Pollen, die in einem Sedimentkern aus Griechenland erhalten geblieben sind. Ihre im Fachmagazin Nature Communications veröffentlichten Untersuchungen legen nahe, dass bei anhaltender Trockenheit – wie sie aktuelle Klimamodellierungen vorhersagen – in der nahen Zukunft mit einer Versteppung der Wälder im Mittelmeerraum zu rechnen ist.

Quelle: Uni Heidelberg

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News · Forschungsergebnis

Brachen fördern die Artenvielfalt von Agrarvögeln

Grauammer in einer Brachfläche. Foto: Michael Radloff, Thünen

Bei vielen Artengruppen ist in der Agrarlandschaft in Deutschland in den letzten Jahrzehnten ein starker Rückgang zu verzeichnen, sowohl bei der Individuen- als auch bei der Artenzahl. Brachflächen gelten als wirksame Maßnahme, um diesen Rückgang abzubremsen. Forschende des Thünen-Instituts, des Dachverbands Deutscher Avifaunisten (DDA) und der Universität Göttingen haben die Zusammenhänge zwischen dem Anteil der Brachen und der Anzahl und Häufigkeit von Agrarvögeln innerhalb eines neunjährigen Untersuchungszeitraums erforscht. Dabei zeigte sich nicht nur, dass Brachen generell zu einer Verbesserung der Bestandssituation der Agrarvögel beitragen können – der Nutzen von Brachen hängt auch entscheidend von der Komplexität der umgebenden Landschaft ab, wie das Team im Journal of Applied Ecology berichtet.

Quelle: Thünen

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News · Forschungsergebnis

Nicht-einheimische Pflanzen breiten sich auf Meeresinseln aus

Erstautorin Anna Walentowitz während der Biodiversitätsstudien auf dem Galapagos-Archipel. Foto und (c): Anna Walentowitz

Eine globale Studie zeigt mit zuvor unerreichter Differenziertheit, in welchem Ausmaß sich nicht-einheimische Pflanzen in den letzten 5.000 Jahren auf Meeresinseln ausgebreitet haben. Forscher*innen an der Universität Bayreuth sowie an Universitäten und Forschungsinstituten in Großbritannien, Norwegen, Österreich, Spanien, Australien und Neuseeland haben einen Datensatz zusammengetragen, der sich auf die Vegetation von 29 Inseln bezieht. Grundlage hierfür waren Analysen fossiler Pollen sowie der aktuelle Forschungsstand zur Einordnung der Pflanzen als einheimisch oder nicht-einheimisch. Damit gelang es in der im März im Fachjournal Ecology Letters publizierten Studie erstmals Veränderungen in der Vegetationsdynamik nicht-heimischer Pflanzenarten in den letzten 5.000 Jahren zu quantifizieren.

Quelle: Uni Bayreuth

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News · Forschungsergebnis

Arktische Eisalgen stark mit Mikroplastik belastet

Die Alge Melosira arctica wächst unter dem Meereis. Foto: Julian Gutt, AWI

Die unter dem arktischen Meereis wachsende Alge Melosira arctica enthält zehnmal so viele Mikroplastikpartikel wie das umgebende Meerwasser. Diese Konzentration an der Basis des Nahrungsnetzes stellt eine Gefahr dar für Lebewesen, die sich an der Meeresoberfläche von den Algen ernähren. Klumpen abgestorbener Algen befördern das Plastik mit seinen Schadstoffen zudem besonders schnell in die Tiefsee – und können so die hohen Mikroplastikkonzentrationen im dortigen Sediment erklären. Das berichten Forschende unter Leitung des Alfred-Wegener-Instituts jetzt in der Fachzeitschrift Environmental Science and Technology. Unsere Sektion Phykologie hatte die Eisalge Melosira zur Alge des Jahres 2016 gewählt.

Quelle: AWI

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News · Forschungsergebnis · Politik

Klimakrise und Biodiversitätskrise dürfen nicht isoliert betrachtet werden

Arten- und funktionsreiche Ökosysteme können viel zur Minderung des Klimawandels beitragen. Foto: Anastasiya Sultanova, KIT

Der Klimawandel hat einen beispiellosen Artenschwund ausgelöst, der immer weiter voranschreitet. Dabei werden Klimakrise und Biodiversitätskrise häufig wie zwei getrennte Katastrophen behandelt. Ein internationales Forschungsteam um Hans-Otto Pörtner vom Alfred-Wegener-Institut (AWI) mit Beteiligung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) fordert nun ein Umdenken. In ihrer jetzt im Fachmagazin Science veröffentlichten Übersichtsstudie (inkl. Grafik der Zusammenhänge) empfehlen sie neben der Einhaltung des 1,5-Grad-Ziels den Schutz und die Renaturierung von mindestens 30 Prozent der Land-, Süßwasser- und Ozeanflächen, ein Netzwerk von miteinander verbundenen Schutzgebieten sowie eine verstärkte fachübergreifende Zusammenarbeit der oft zu isoliert agierenden politischen Institutionen.

Quelle: AWI

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News · Forschungsergebnis

Invasive Arten richten so viel Schaden an wie Naturkatastrophen

Ein Maisfeld im Burgenland mit dichtem Bestand von Ragweed und der Samtpappel – beides eingeschleppte Unkräuter, die zu erheblichen Ernteausfällen führen. Foto und (c): Franz Essl

Vom Menschen eingeschleppte Tier- und Pflanzenarten verdrängen heimische Arten, sind verantwortlich für Ernteausfälle in der Land- und Forstwirtschaft und übertragen Krankheiten. Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung von Franz Essl von der Universität Wien und Phillip Haubrock vom Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt hat nun erstmals die Kosten der durch invasive Arten verursachten Schäden mit jenen von Naturkatastrophen verglichen. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Perspectives in Ecology and Conservation veröffentlicht.

Quelle: Uni Wien

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News · Forschungsergebnis

Kieselalgen bieten Lebensraum für viele Bakterien

Die Aufnahme des konfokalen Laser-Scanning-Mikroskops zeigt Algenzellen (blau und rot angefärbt), die von Bakterienzellen (grün) besiedelt werden. Aufnahme: BGP, Universität Oldenburg, CC BY 4.0

Einzellige Algen und Bakterien im Meer leben in einer komplexen Wechselbeziehung, über die bislang wenig bekannt ist. Eine Studie im Fachmagazin Journal of Phycology zeigt, dass die Oberfläche von Kieselalgen einen erstaunlich vielfältigen Lebensraum für Bakterien darstellt. Ein Team der Universität Oldenburg hat die Vorlieben verschiedener Bakterien mit fluoreszierenden Farbstoffen nun erstmals sichtbar gemacht. Sie verwendeten Lektine, um die unterschiedlichen Bereiche zu markieren, anzufärben und mit einem speziellen Mikroskop wie in einem dreidimensionalen Bild sichtbar zu machen. Wie sie herausfanden, sind unterschiedliche Bakterienarten jeweils darauf spezialisiert, die verschiedenen Bereiche der Kieselalgenoberfläche zu besiedeln. Die entdeckten Bakterien gehörten insbesondere zur Roseobacter-Gruppe und zu den Flavobakterien. Da Kieselalgen große Mengen Kohlenstoff binden und die Basis der Nahrungsnetze im Meer bilden, hat ihr Verhältnis zu Bakterien eine fundamentale Bedeutung für das Klima und die Ökologie der Meere.

Quelle: Uni Oldenburg

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News · Forschungsergebnis

Weltweit ältester fossiler Nachweis für C4-Gräser - Savannen älter als gedacht

Die paläoökologische Rekonstruktion der Umwelt früher Menschenartiger wie Morotopithecus im heutigen Ostafrika zeigt: Vermutlich war die „Wiege der Menschheit“ vor etwa 20 Millionen Jahren bereits von Gras umgeben. Grafik: Corbin Rainbolt

Ein internationales Forschungsteam aus Geolog*innen und Paläontolog*innen, mit Senckenberg-Wissenschaftler Dr. Thomas Lehmann, hat mit einem Multi-Methoden-Ansatz die Umwelt von frühen Menschenartigen vor etwa 20 Millionen Jahren, zur Zeit des frühen Miozäns, in Kenia und Uganda untersucht. In ihrer heute im Fachjournal Science erschienenen Studie kommen die Forschenden zu dem Schluss, dass es schon vor etwa 20 Millionen Jahren ausgedehnte Graslandschaften in Afrika gab – 10 Millionen Jahre früher als bislang angenommen. Die Untersuchung des vergangenen Lebensraums ist für die Interpretation der Evolution zahlreicher Säugetierarten, einschließlich der Hominine, entscheidend.

Quelle: Senckenberg

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News · Forschungsergebnis

Klimawandel verursacht starken Rückgang von Ökosystemdienstleistungen tropischer Wälder

Tropische Wälder liefern eine Vielfalt global relevanter Ökosystemdienstleistungen, wie etwa Klimaregulierung und die Bereitstellung von Habitat für Tiere und Pflanzen. Der Klimawandel kann diese Dienstleistungen jedoch beeinträchtigen, was auch gravierende ökonomische Konsequenzen nach sich zieht. Für die Waldökosysteme Zentralamerikas sorgen Klimaeffekte für eine Verringerung der Dienstleistungen Klimaregulierung und Bereitstellung von Habitat je nach Szenario in 24 bis 62 Prozent des Untersuchungsgebietes – und verursachen damit verbundene wirtschaftliche Kosten von 51 bis 314 Milliarden Dollar pro Jahr zum Ende des 21. Jahrhunderts. Das zeigt eine Studie der Freiburger Forstwissenschaftler Lukas Baumbach, Prof. Dr. Marc Hanewinkel und Dr. Rasoul Yousefpour sowie Prof. Dr. Thomas Hickler vom Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum in Frankfurt a. M. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen.

Quelle: Uni Freiburg

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Herbizidresistenz durch bereits vorhandene genetische Variation verursacht

Das Unkraut Ackerfuchsschwanz verursacht aufgrund von Herbizidresistenzen immense wirtschaftliche Schäden in ganz Europa. Ein Team unter Leitung von Forschenden um Detlef Weigel vom Max-Planck-Institut für Biologie Tübingen und um Karl Schmid von der Universität Hohenheim hat nun herausgefunden, dass diese Resistenz beim Gras Ackerfuchsschwanz hauptsächlich auf genetische Varianten zurückzuführen ist, die schon vor der Verwendung von Herbiziden auf den Feldern existierten. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in den Fachzeitschriften PNAS und Plant Biotechnology Journal erschienen. In Hinblick auf die unmittelbaren praktischen Konsequenzen ihrer Ergebnisse merken die Autor*innen an, Unkrautkontrolle dürfe sich nicht allein auf Herbizide stützen, sondern müsse auch „mechanische Bekämpfung und Fruchtwechsel beinhalten, um das Unkrautvorkommen auf dauerhaft niedrigem Niveau zu halten.“

Quelle: MPI für Biologie

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News · Forschungsergebnis

Ernteausfälle bei französischem Weizen 2016 wegen Klimaeffekten

Frankreich erlebte 2016 den extremsten Rückgang der Weizenerträge in der jüngeren Geschichte: In einigen Regionen gingen die Erträge um 55 Prozent zurück. Um die Ursachen zu ermitteln, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den größten zusammenhängenden, detaillierten Datensatz zu Weizenfeldversuchen mit statistischen Verfahren und Erntemodellen, Klimainformationen und Ertragsphysiologie kombiniert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Ertragseinbußen durch das Zusammentreffen verschiedener Klimaeffekte verursacht wurden. Die Autorinnen und Autoren der Studie gehen davon aus, dass solche Effekte zukünftig öfter auftreten könnten als bisher, und die Häufigkeit extrem niedriger Weizenerträge ansteigen wird. Prof. Frank Ewert, der Wissenschaftliche Direktor des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF), und ZALF-Wissenschaftlerin Prof. Heidi Webber waren an der Studie beteiligt, die Ende März im Fachjournal Golbal Change Biology veröffentlicht wurde.

Quelle: ZALF

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News · Forschungsergebnis

Gefährdete Ackerwildkräuter erhalten durch Finanzierung und Beratung

Ackerwildkrautfläche im Landkreis Göttingen. Foto: Fionn Pape

Tier- und Pflanzenarten, die auf Ackerlebensräume spezialisiert sind, zählen zu den am stärksten gefährdeten Arten. Das gilt inbesondere für Ackerwildkräuter. Ihr Erhalt wird daher vom Bund und von der EU gefördert. Im Rahmen der Förderprogramme bewirtschaften Landwirtinnen und Landwirte ihre Äcker ohne Dünger und Pestizide. Für Ertragseinbußen und den Zeitaufwand erhalten sie Ausgleichszahlungen. Ein Forschungsteam der Universität Göttingen hat die ökologische Wirksamkeit der Förderprogramme und die Motivation der Teilnehmenden untersucht und die Ergebnisse in zwei Artikeln im Heft Natur und Landschaft des Bundesamtes für Naturschutz (BfN) veröffentlicht (siehe Pape et al. sowie Zembold et al.).

Quelle: Uni Göttingen

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News · Forschungsergebnis

Bakterien-Konkurrenz sorgt für Wohlergehen von Pflanzen

Besiedlung der Wurzeln durch Bakterien der Wurzelmikrobiota. Aufnahme: Stéphane Hacquard, MPI

Welche natürlichen chemischen Strategien Bakterien nutzen, um Konkurrenten fernzuhalten und sich erfolgreich auf Pflanzen zu vermehren, haben Forschende haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forschungsteam identifiziert. Die Studie des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln und des Teams wurde jetzt in der Zeitschrift PNAS veröffentlicht. Die Arbeit unterstreicht die Bedeutung der chemischen Abwehr zwischen Bakterien für eine erfolgreiche Besiedlung des Wirts. Diese Ergebnisse haben Auswirkungen auf die Entwicklung von Biologika in der Landwirtschaft, da sie eine Vorhersage der unter vereinfachten Laborumgebung beobachteten hemmenden Aktivitäten, auf die Anwendung im Feld erlauben.

Quelle: MPI für Züchtungsforschung

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News · Forschungsergebnis

Cadmium in Kakaobohnen kartiert

Die Elementverteilung auf einem virtuellen Schnitt einer fermentierten Kakaobohne mittels Röntgenfluoreszenz-CT. Deutlich sichtbar ist, dass Cadmium (Cd) vor allem in der Schale vorkommt. Aufnahmen und (c): HZB

Kakaobohnen können giftige Schwermetalle wie Cadmium aus dem Boden aufnehmen. Einige Anbaugebiete, insbesondere in Südamerika, sind mit diesen Schwermetallen zum Teil erheblich belastet. Durch das Zusammenspiel verschiedener Röntgenfluoreszenz-Techniken konnte nun ein Team an BESSY II erstmals nichtinvasiv messen, wo sich Cadmium in den Kakaobohnen anreichert: Weniger im Inneren der Bohne, sondern vor allem in der Schale. Weitere Untersuchungen zeigen, dass die Verarbeitung der Kakaobohnen großen Einfluss auf die Schwermetallbelastung haben kann, wie die Forschenden des Helmholtz-Zentrums für Materialien und Energie Berlin (HZB) im Fachmagazin Analytical Chemistry berichten.

Quelle: HZB

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News · Forschungsergebnis

Weltweite Sojabohnen-Ernte: Genom des aggressiven Schadpilzes entschlüsselt

Forschende aus Brasilien, den USA, Frankreich, Großbritannien, der Schweiz und Deutschland haben das Genom des Asiatischen Sojabohnenrostes (Phakopsora pachyrhizi) in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht und so einen Meilenstein zum Schutz der weltweiten Sojabohnenernte erreicht. Das Genom des Pilzes, das mit einer Größe von 1,25Gb zu den größten bislang sequenzierten Pilzgenomen zählt, ermöglicht es nun die Mechanismen zu analysieren, die den Krankheitsverlauf begünstigen oder auch aufhalten. Die enorme Anpassungsfähigkeit des Pilzes führt nämlich dazu, dass er Resistenzeigenschaften neuer Sojabohnen-Sorten und die Wirkung von Pflanzenschutzmitteln immer wieder schnell überwindet, was vermutlich in der Komplexität und Flexibilität des nun vollkommen zugänglich gemachten Genoms liegt. Beteiligt an der Studie waren auch die Professoren Ulrich Schaffrath und Uwe Conrath von der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen sowie die konkurrierenden Unternehmen Bayer und Syngenta, die gemeinsam an dem dicken Strang gezogen hatten.

Quelle: RWTH

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News · Forschungsergebnis

Auch Zufall kann in der Evolution sehr wichtig sein

Forscher*innen des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie in Marburg und der Technischen Universität Berlin rekonstruierten längst ausgestorbene Proteine eines UV-Schutzsystems von photosynthesetreibenden Cyanobakterien. Das überraschende Ergebnis: die Proteine passten bereits perfekt zueinander, als sie zufällig aufeinandertrafen, wie sie im Fachjournal Nature Ecology and Evolution berichten. Diese Entdeckung erweitert die bisherige Kenntnis zu den Spielregeln der Evolution.

Quelle: TU Berlin

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News · Anwendung · Forschungsergebnis

Pathogendiagnostik via Web-Anwendung

Die frei zugängliche Webanwendung „AgriFuture“ ermöglicht den Pathogen-Nachweis in Echtzeit – auf Grundlage modernster Nanoporen- Sequenzierungstechnik. Foto: Senckenberg

Eine Arbeitsgruppe hat ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Pflanzen-Schaderreger mithilfe einer Webanwendung nachweisen lassen. „AgriFuture“ ist öffentlich zugänglich und erlaubt es Anwender*innen, das Vorkommen beliebiger Schaderreger in kurzer Zeit selbst zu bestimmen – auf der Grundlage modernster Genom-Sequenzierungstechnik. Die Anwendung der Gruppe um Prof. Dr. Marco Thines vom Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum Frankfurt erlaubt so einen Echtzeit-Nachweis landwirtschaftlicher Schaderreger. Die Webanwendung AgriFuture wurde von der Europäischen Union und dem Bundesamt für Landwirtschaft und Ernährung gefördert und in Zusammenarbeit mit der Firma dreistromland umgesetzt.

Quelle: Senckenberg

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News · Forschungsergebnis

Wie sich Pflanzen an Stickstoffmangel anpassen

Ist im Boden wenig Stickstoff vorhanden, setzen Weizensorten mit einer günstigen NPF2.12 Genvariante (links) eine wichtige Signalkaskade in Gang: Stickstoffmonoxid (NO) stimuliert als Teil der Signalkette das Wachstum der Wurzeln. Dadurch steigt die Versorgung mit Stickstoff und die Pflanze gedeiht insgesamt besser. Ohne diese bevorzugte NPF2.12-Genvariante kümmern die Pflanzen (rechts) unter diesen Bedingungen. Grafik und (c): Md. Nurealam Siddiqui, Uni Bonn

Forschende der Universität Bonn haben diejenigen Genvarianten des Nitratsensors NPF2.12 entdeckt, die bei niedrigen Stickstoffgehalten im Boden eine Signalkette auslösen. Dadurch wird ein stärkeres Wurzelwachstum induziert und die Pflanzen verbessern die Stickstoffverwertung. Die Studie wurde vorab online in New Phytologist publiziert uns ist nun als finale Fassung erschienen. Sie ist zwar in der Grundlagenforschung angesiedelt, aber auch wegweisend für die Pflanzenzüchtung. “Ein besseres Verständnis der genetischen und molekularen Funktion der Stickstoff-Sensorik wird die Züchtung von Sorten mit verbesserter Stickstoff-Nutzungseffizienz beschleunigen”, blickt Dr. Agim Ballvora vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz in die Zukunft. Hierfür müssten aber die einzelnen Schritte der Signalkette des Sensors NPF2.12, die bei Stickstoffmangel zu einem stärkeren Wurzelwachstum führen, noch besser verstanden werden.

Quelle: Uni Bonn

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News · Anwendung · Forschungsergebnis

Grüner Verbundwerkstoff aus Flachs und Chitosan

Möbel, Autoteile oder Skateboards: Umweltfreundlicher Chitosan-Flachs-Verbundwerkstoff könnte vielerorts Strukturmaterialien auf fossiler Basis ersetzen. Foto: Masih Imani, BioMat am ITKE, Uni Stuttgart

Verbundwerkstoffe sorgen etwa in Flugzeugteilen, Freizeitgeräten und Haushaltsgegenständen für Stabilität. Die meisten dieser Werkstoffe haben jedoch einen schlechten CO2-Fußabdruck und sind nicht natürlich abbaubar. Eine nachhaltigere Alternative hat ein Team der Universität Stuttgart entwickelt – einen vollständig biobasierten Verbundwerkstoff aus Flachsfasern und dem Biopolymer Chitosan, über die sie im Fachjournal Composites Science and Technology berichten. Dieser Werkstoff besteht aus Flachsfasern als verstärkendes Element und dem Biopolymer Chitosan, welches aus Chitin gewonnen wird und die Flachsfasern zusammenhält. Der Chitosan-Flachs-Verbundwerkstoff ist nicht nur natürlich abbaubar und besteht aus ausschließlich CO2-neutralen Rohstoffen, sondern hat zudem, bezogen auf die Dichte, eine höhere Steifigkeit und somit ein größeres Leichtbaupotenzial, verglichen mit Verbundwerkstoffen mit Epoxidharz.

Quelle: Uni Stuttgart

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News · Forschungsergebnis

80 Millionen Jahre alter Regenwald

Fossile Pflanzen, wie das Aronstabgewächs Afrocasia sind ein Indikator für tropische Regenwälder in der späten Kreidezeit. Foto: Clément Coiffard, FU Berlin

Ein internationales Team von Forscher*innen rund um Erstautor Dr. Clément Coiffard von der Freien Universität Berlin und Senckenberg-Wissenschaftler Prof. Dr. Dieter Uhl hat die Entstehungsgeschichte von tropischen Regenwäldern unter die Lupe genommen. In ihrer im Fachjournal Biogeosciences erschienenen Studie kommen die Forschenden anhand fossiler Flora aus Ägypten zu dem Schluss, dass es im nordöstlichen Afrika bereits in der späten Kreidezeit, vor etwa 80 Millionen Jahren, weit ausgedehnte mit heutigen Regenwäldern vergleichbare tropische Waldareale gab.

Quelle: Senckenberg

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News · Forschungsergebnis

Wie Bäume mit Spätfrösten im Frühjahr zurechtkommen

Der Frost kam genau dann, als sich die Buchenblätter zu entfalten begannen. Dann sind sie am empfindlichsten. Foto: Frederik Baumgarten, WSL

Durch den Klimawandel treiben viele Laubbäume früher aus. Das Risiko von Spätfrösten im Frühjahr jedoch bleibt hoch und extreme Trockenphasen werden häufiger. Baumarten, die sich rasch von Frostschäden erholen, könnten in Zukunft im Vorteil sein, zeigt eine im Fachmagazin Functional Ecology veröffentlichte Untersuchung der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL). Darin wurden in einem Freiluftexperiment eingetopfte zweijährige Bäumchen von vier heimischen Arten untersucht: Vogelkirsche, Stieleiche, Hainbuche und Rotbuche.

Quelle: WSL

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News · Anwendung · Forschungsergebnis

85 Prozent weniger CO2-Ausstoß durch die alternative Nutzung auf Hochmoor-Grünland möglich

Maschinelle Ernte der Torfmoose auf dem Feldversuch bei Oldenburg. Foto: Greta Gaudig

Torfmoose auf wiedervernässten Hochmoorflächen anzubauen statt diese zu entwässern und als Grünland zu nutzen, kann bis zu 85 Prozent der Treibhausgasemissionen einsparen. Das fand ein Forschungsteam der Universitäten Rostock und Greifswald heraus, das erstmalig eine Treibhausgasbilanz für den gesamten Anbauzyklus von Torfmoosen erstellt hat. Ihre Ergebnisse werden jetzt in der Fachzeitschrift Science of the Total Environment vorgestellt.

Quelle: Uni Greifswald

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News · Anwendung · Forschungsergebnis

Tomaten mit erhöhtem Betacyaningehalt gegen entzündliche Erkrankungen

Betalaine wirken im Menschen als Antioxidantien, die eine Reihe von degenerativen und chronischen Erkrankungen wie Bluthochdruck, Kolitis oder Arteriosklerose bremsen können. Aber sie kommen nur in wenigen Pflanzen wie der Roten Beete vor. Kocht man das Gemüse, gehen diese wertvollen Inhaltsstoffe weitgehend verloren. Mit einem molecular farming-Ansatz wurden nun Tomaten mit dem Biosyntheseweg von Betacyanin ausgestattet, berichtet das Portal Pflanzenforschung über eine Studie aus Japan, die im Fachjournal Biotechnology & Bioengineering erschienen ist.

Quelle: Pflanzenforschung.de

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News · Forschungsergebnis

Forschende stellen bisherige Funktionsweise der Photosynthese infrage

Einem Forschungsteam der Universität Cambridge, der Universität Rostock sowie der Ruhr-Universität Bochum (RUB) ist es erstmals gelungen, Elektronen direkt aus den Anfangsstadien der Photosynthese zu gewinnen. Dieser Durchbruch stellt das bisherige Modell zur grundlegenden Funktionsweise der Photosynthese infrage und besitzt das Potenzial, die Entwicklung von Solarzellen auf Basis von biologischen Katalysatoren zu revolutionieren. Die Forschungsarbeit wurde in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Quelle: RUB

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News · Forschungsergebnis

An der „Auferstehung“ sind viele Gene beteiligt

Die Wiederauferstehungspflanze Craterostigma plantagineum in bewässertem Zustand (links), ausgetrocknet (Mitte) und dann “wiederbelebt” (rechts). Foto: AG Bartels, Uni Bonn

Manche Pflanzen können Monate ohne Wasser überleben, um dann nach einem kurzen Regenguss wieder zu ergrünen. Eine aktuelle Studie der Universitäten Bonn und Michigan zeigt, dass dafür kein „Wunder-Gen“ verantwortlich ist. Stattdessen ist diese Fähigkeit Folge eines ganzen Netzwerks von Erbanlagen, die fast alle auch in empfindlicheren Arten vorkommen. Die Ergebnisse der Studie des Teams um Prof. Dr. Dorothea Bartels vom Institut für Molekulare Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen (IMBIO) sind bereits vorab online in der Zeitschrift The Plant Journal erschienen; die Printausgabe wird demnächst veröffentlicht.

Quelle: Uni Bonn

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News · Forschungsergebnis

Waldzustand: Die Fichte stirbt weiter, die anderen Baumarten leiden stark

Blick in die Kronen von Buchen mit Verlichtungen und Trockenheitsschäden. Foto: Petra Dühnelt, Thünen-Institut

Die Ergebnisse der Waldzustandserhebung 2022 zeigen: Kronenverlichtungen für alle Baumarten sind weiterhin hoch. Fichtenbestände zeigen sehr hohe Absterberaten. Die Verlichtungswerte bei der Buche bleiben auf sehr hohem Niveau. Weitere Verschlechterung sind bei der Kiefer zu beobachten, melden die Forschenden vom Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei.

Quelle: Thünen

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News · Forschungsergebnis

Neuer Signalweg in Arabidopsis thaliana bei niedrigem Sauerstoffgehalt entdeckt

Anpassungsreaktion der Pflanzen bei Sauerstoffmangel. Grafik: IPK Leibniz-Institut

Der Klimawandel führt zu vermehrtem Auftreten von Wetterextremen, Dürre- und Hitzeperioden sowie intensiven Niederschlägen, Staunässe oder Überschwemmungen. Letzteres löst bei Pflanzen Sauerstoffmangel aus. Ein Forschungsteam unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) und der Universität Bielefeld hat nun in der Pflanze Arabidopsis thaliana einen neuen Signalweg entdeckt. Dieser verbindet bei Sauerstoffmangel ein Stresssignal mit der Initiierung einer transkriptionellen Anpassungsreaktion, wie sie im Journal PNAS berichten.

Quelle: IPK (pdf)

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HvSWEET11b spielt eine zentrale Rolle bei der Kornentwicklung von Gerste

Obwohl es in jedem Pflanzengenom sogenannte Sugars Will Eventually be Exported Transporters (SWEETs) gibt, fehlt bislang noch ein umfassendes Verständnis ihrer Funktionsweise. Im Fachjournal The Plant Cell schildert nun ein internationales Forschungsteam, welche Rolle SWEETs bei der Entwicklung des Gerstenkorns spielen und ist der Frage nachgegangen, welche Substrate von den SWEET-Proteinen im Samen transportiert werden. Wie das Team unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) zeigt, erleichtert die Expression von HvSWEET11b in Eizellen des Afrikanischen Krallenfrosches (Xenopus laevis) nicht nur den bidirektionalen Transfer von Saccharose und Glucose, sondern auch des Pflanzenhormons Cytokinin.

Quelle: IPK (pdf)

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Trotz des Einsatzes von KI: Welche Arten aussterben, ist nicht vorhersagbar

Viele Arten sind in aktuell von der Gefahr des Aussterbens bedroht. Ein Forschungsteam unter der Leitung des Paläontologen Dr. William Foster von der Universität Hamburg hat nun mithilfe von versteinerten Meeresbewohnern und Künstlicher Intelligenz geprüft, ob diese Gefahr für einzelne Tierarten vorhersagbar ist. Anders als erwartet zeigte sich jedoch, dass vergangene Massenaussterbeereignisse nicht zur Vorhersage der aktuellen Gefährdung verwendet werden können. Ob diese Ergebnisse auch für Pflanzen zutreffen, muss noch untersucht werden. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Royal Society Open Science veröffentlicht.

Quelle: Uni Hamburg

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Globale Klimadaten erklären lokale Pflanzen-Zusammensetzung nur unzureichend

Das globale Klima beeinflusst das regionale Pflanzenwachstum – allerdings nicht in allen Lebensräumen gleichermaßen. Das haben Geobotaniker*innen der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in einer Analyse von über 300.000 europäischen Vegetationsbeobachtungen herausgefunden. Ihr Fazit: Die Effekte des Klimawandels auf die Vegetation der Erde lassen sich nicht generell vorhersagen, sondern sind in hohem Maße von den untersuchten Habitaten und den lokalen Bedingungen abhängig. Die Erkenntnisse haben sie in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: MLU

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Forschende verwandeln Algen in funktionale Perowskite mit gewünschten Eigenschaften

Schalen von Leonella granifera-Algen nach chemischer Transformation, sichtbar gemacht im Elektronenmikroskop. Kuhrts et al. / Advanced Science 2023, TU Dresden

Forschende der TU Dresden haben mineralische Algenschalen in funktionale Perowskite mit einzigartigen Kristallstrukturen und steuerbaren elektrooptischen Eigenschaften umgewandelt und dabei die jahrelange Evolution dieser einzelligen Organismen der Art Leonella granifera zum Vorteil genutzt. Die neuen Bleihalogenid-Perowskite weisen einzigartige Nanoarchitekturen auf, die durch konventionelle Synthese nicht erreicht werden können. Einzellige Organismen können so für die Massenproduktion von Perowskiten mit gewünschten strukturellen und elektrooptischen Eigenschaften verwendet werden. Perowskite haben das Potenzial, die Bereiche Solarenergie, Sensorik und Detektion, Photokatalyse sowie Laser und andere zu revolutionieren. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlicht.

Quelle: TU Dresden

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Mit TurboID neue meiotische Proteine in Arabidopsis thaliana entdeckt

Genetische Variation in der Züchtung beruht auf Rekombinationsereignissen während der Meiose. Während der Prophase I sind die Chromosomen entlang der Chromosomenachsen angeordnet. Diese Anordnung ist für die meiotische Rekombination und die genetische Vielfalt der Keimzellen entscheidend. Ein Forschungsteam unter der Leitung des IPK Leibniz-Instituts hat nun erstmals einen TurboID (TbID)-basierenden Ansatz in Arabidopsis thaliana zur Identifizierung von Proteinen genutzt, die sich in räumlicher Nähe der meiotischen Chromosomenachsen finden. Dabei wurden nicht nur bereits bekannte, sondern auch neue meiotische Proteine entdeckt. Die Ergebnisse hat das Team im Journal Nature Plants veröffentlicht.

Quelle: IPK

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Potenzial der Ackerbohne als globaler Eiweißpflanze erschlossen

Vielfalt der Ackerbohne. Foto: J. Hadley, D. O’ Sulivan, Univ. Reading

Ein höherer Anteil an lokal erzeugtem pflanzlichen Eiweiß in der fleischreichen Ernährung könnte die Treibhausgasemissionen und den Verlust an biologischer Vielfalt verringern. Die Erzeugung von pflanzlichem Eiweiß wird jedoch dadurch erschwert, dass es keine Leguminose für die kühlere Klimazonen gibt, deren agronomischer Wert dem der Sojabohne entspricht. Die Ackerbohne (Vicia faba L.) hat ein hohes Ertragspotenzial und eignet sich gut für den Anbau in gemäßigten Regionen, aber bisher fehlten genomische Ressourcen. Ein Forschungsteam, an dem auch Wissenschaftler*innen des IPK Leibniz-Instituts und der Uni Gießen beteiligt sind, hat das Genom der Ackerbohne in hoher Qualität auf Chromosomenbasis assembliert und in der Fachzeitschrift Nature publiziert.

Quelle: IPK (pdf)

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Pflanzenwurzeln sind Treibstoff für tropische Bodenfauna

Die Forscherinnen und Forscher verglichen die Auswirkungen von lebenden Wurzeln oder Laubstreu in kleinen Versuchsflächen im Regenwald (links) mit Ölpalmenplantagen (rechts). Foto: Ananggadipa R, Uni Göttingen

Gemeinschaften von Bodentieren in den Tropen werden von Pflanzenwurzeln und den daraus hervorgehenden Ressourcen bestimmt. Dies ist das zentrale Ergebnis einer neuen Studie eines Forscherteams unter Leitung der Universität Göttingen, des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Universität Leipzig. In einem einzigen Hektar Boden arbeiten Millionen kleiner Lebewesen wie Regenwürmer, Springschwänze, Milben, Insekten etc. für die Zersetzung und die Gesundheit des Bodens. Lange Zeit ging man davon aus, dass Laubstreu die wichtigste Ressource für diese Tiere ist. Die in Ecology Letters veröffentlichte Studie zeigt jedoch, dass die Wurzeln der Pflanzen für die tropische Bodenfauna eine mindestens ebenso große Rolle spielen.

Quelle: iDiv

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Es steht im Genom: Wiege und Wege des Weins entschlüsselt

Weinreben (v. li. Trauben der Wildrebe, Tafeltrauben und Weintrauben) begleiten die Zivilisation seit Tausenden Jahren. Ein Genom-Projekt klärte nun Ursprung und Weg des Weins auf. Foto: Karlheinz Knoch, KIT

Züchtung und Anbau von Weinreben hat die Entstehung der europäischen Zivilisationen stark geprägt, aber woher die Rebe stammt und wie sie sich verbreitete, ist bisher umstritten. In einem umfassenden Genomprojekt klärten Forschende der chinesischen Yunnan Agricultural University Ursprung und Weg des Weines von der Wildrebe zur heutigen Kulturform mithilfe Tausender Rebengenome, die entlang der Seidenstraße von China bis Westeuropa gesammelt und analysiert wurden. Die Wildrebensammlung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) spielte hier eine wichtige Rolle. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forschenden im Fachjournal Science.

Quelle: KIT

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Die Doppelrolle der Lichtrezeptoren bei der Samenkeimung

Eine Steintäschel-Pflanze der Art Aethionema arabicum. Foto und (c): Zsuzsanna Mérai, GMI

Bei vielen Pflanzen hängt die Samenkeimung von Licht ab. Aber nicht immer: Aethionema arabicum, eine an schwierige Umweltbedingungen angepasste Pflanze, macht es auf ihre eigene Weise. Hier spielen die Phytochrome eine unerwartete Rolle bei der Samenkeimung und stimmen diesen Prozess auf die optimale Jahreszeit ab. Diese Erkenntnisse, die jetzt in Plant Physiology veröffentlicht wurden, sind ein überzeugendes Beispiel für die evolutionäre Neuverknüpfung von Signalmodulen, die Pflanzen bei der Anpassung an ihre Lebensräume helfen. Die Studie wurde von Forschenden des Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften geleitet.

Quelle: GMI

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Mechanismus der Ertragsbildung bei Gerste

Gerstenpflanzen. Foto: T. Schnurbusch, IPK Leibniz-Institut

Blütenbildene Pflanzen mit nicht determinierten Blütenständen produzieren oft mehr Organe als sie benötigen. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Thorsten Schnurbusch vom IPK-Leibniz-Institut hat nunmehr zeigen können, dass die ersten Schritte der Blütchenbildung bei Gerste molekular von ihrer Reifung zu Körnern entkoppelt sind. Während die Blütchenbildung von speziellen Genen diktiert wird, wird das Wachstum der Blütchen durch Lichtsignal-, Chloroplasten- und Gefäßentwicklungsprogramme gesteuert. Dabei spielt das Gerste CCT MOTIF FAMILY 4 (HvCMF4)-Protein eine zentrale Rolle. Die Ergebnisse geben Einblicke in die molekularen Grundlagen der Ertragsentwicklung bei Getreidepflanzen. Das Team stellt die Ergebnisse im Fachjournal Science Advances vor.

Quelle: IPK Gatersleben (pdf Datei)

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Ölpalmen: Mehr Gewinn trotz weniger Dünger und Herbiziden

Ölpalmenplantage in der Provinz Jambi, Sumatra (Indonesien). Foto: Oliver van Straaten

Die weltweite Nachfrage nach Ölpalmen als produktivster Ölpflanze steigt. Ihre Produktivität ist jedoch auf konventionelle Bewirtschaftungsmethoden der Ölpalmplantagen zurückzuführen, mit einem hohen Einsatz an Düngemitteln und Herbiziden und schweren Folgen für die Umwelt. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universität Göttingen schildert nun im Fachmagazin Nature Sustainability, dass eine Umstellung auf mechanische Unkrautbekämpfung und ein reduzierter Düngemitteleinsatz sowohl die Multifunktionalität des Ökosystems als auch den Gewinn der Plantage erheblich steigern.

Quelle: Uni Göttingen

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Modellierungsansatz gegen Ertragseinbußen

BARISTA-Projekt: Gerstenfeldversuche im dänischen Ringsted. Foto: M. Appiah/TROPAGS, Universität Göttingen

Extreme Wetterereignisse wie Starkregen und Überschwemmungen, ausgelöst durch die klimawandelbedingte Intensivierung des Wasserkreislaufs, bedrohen zunehmend die Ernährungssicherheit. Weltweit arbeiten große Verbundforschungsprojekte daran, die Pflanzengenetik besser an die klimatischen Bedingungen der heutigen und zukünftigen Gerstenanbaugebiete anzupassen. Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Göttingen hat nun einen Modellierungsansatz entwickelt, mit dem sich weltweit die möglichen Auswirkungen von Staunässe und die nötigen Anpassungen der Pflanzen daran bewerten lassen. Die Studie ist in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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Wie seltene Blaualgen helfen seltene Erden zu recyclen

Prof. Thomas Brück entnimmt Proben aus dem Photobiorektor am Werner Siemens Lehrstuhl für Synthetische Biotechnologie, in dem die Cyanobakterien wachsen. Foto: Andreas Heddergott, TUM

Seltene Erden sind essenziell für zahllose Hightech-Anwendungen. Einem Forschungsteam unter Leitung der Technischen Universität München (TUM) ist es jetzt gelungen, diese Metalle mithilfe von bisher nicht untersuchten Stämmen von Cyanobakterien (Blaualgen) aus wässriger Lösung zu recyceln, wie sie im Fachjournal Frontiers in Bioengineering and Biotechnology berichten.

Quelle: TUM

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Wie sich invasive Pflanzenarten in Deutschland ausbreiten

Prognose zur Ausbreitung für Ambrosia artemisiifolia in Deutschland unter aktuellen und zukünftigen Klimabedingungen. Grafik: Fabian Sittaro

Sie heißen Riesen-Bärenklau, Japanischer Staudenknöterich oder Ambrosia und haben eines gemeinsam: Sie sind invasive Pflanzenarten, die bereits vor vielen Jahren ihren Weg nach Deutschland gefunden haben und andere Pflanzenarten zunehmend verdrängen. Viele von ihnen haben ihren potenziell geeigneten Lebensraum wohl noch gar nicht erreicht. Das haben Geograph*innen der Universität Leipzig in einer Simulationsstudie ermittelt, die sie nun im Fachmaganzin International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation veröffentlichten. Dabei koppelten sie verschiedene Datensätze, um die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten ausgewählter invasiver Pflanzenarten für jeden Ort in Deutschland vorhersagen zu können.

Quelle: Uni Leipzig

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Bitterstoffe verderben Eichenwickler-Raupen den Appetit

Eichenwickler-Raupen auf Eichenblättern (A-B). In Ausbruchsjahren verursachen die Raupen starken Blattverlust (C): allerdings können tolerante Eichen (rechts im Hintergrund) den Schaden durch das Insekt verringern. Fotos: Andrea Ghirardo, Hilke Schröder, Helmholtz Munich, Thünen-Institut

Ein Forschungsteam hat die molekularen Grundlagen des Kampfes zwischen Stieleichen und ihren Fressfeinden entschlüsselt. Eichenblätter enthalten eine Vielzahl von Phytochemikalien, die für den Baum nicht lebensnotwendig sind, aber eine wichtige Rolle bei den Pflanzen-Insekten-Interaktionen spielen. Einige dieser niedermolekularen Verbindungen können den Eichenwickler-Raupen förmlich den Appetit verderben und ihr Wachstum beeinträchtigen. Forschende des Thünen-Instituts für Forstgenetik in Großhansdorf und des Helmholtz Zentrums München haben nun das „Gesamtpaket“ dieser chemischen Substanzen, die im Stoffwechsel der Bäume gebildet werden – das sogenannte Metabolom – näher untersucht und im Fachblatt Functional Ecology vorgestellt. 

Quelle: Thünen

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Können Salzwiesen dem Klimawandel standhalten?

Forschende haben untersucht, ob Salzwiesen auch bei steigenden Wassertemperaturen noch zum Küstenschutz beitragen können. Salzwiesen im Übergangsbereich zwischen Meer und Festland sind wertvoll für den Küstenschutz, weil sie als Pufferzonen, die Energie der Wellen abschwächen, bevor sie an Land brechen. Außerdem bieten sie Lebensraum für viele Tiere und Pflanzen und erfüllen als Kohlenstoffspeicher eine wichtige Funktion. Doch können Salzwiesen unter den neuen Bedingungen mit steigenden Wassertemperaturen und höherer CO2-Belastung weiter ihrer Küstenschutzfunktion nachkommen? Ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Leibniz Universität Hannover (LUH) und des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven, hat dieses in aufwändigen Versuchen untersucht. Die Forscherinnen und Forscher kommen zu einem erfreulich positiven Ergebnis: Die biomechanischen Eigenschaften von Salzwiesenvegetation bleiben offensichtlich auch unter zukünftigen klimatischen Bedingungen erhalten. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Scientific Reports erschienen.

Quelle: LUH

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Blaualgenblüten mögen es auch kalt – und nicht nur warm

Massenentwicklungen von Cyanobakterien lassen das Wasser grün erscheinen. Foto: Nadja Neumann

Massenentwicklungen von Cyanobakterien, sogenannte Blaualgenblüten, beeinträchtigen weltweit immer wieder die Qualität von Gewässern und Trinkwasserressourcen. Cyanobakterien gelten als wärmeliebend, und massive Algenblüten werden vor allem im Sommer gemeldet, in dieser Zeit ist das Monitoring besonders engmaschig. Nun hat ein internationales Forschungsnetzwerk unter Beteiligung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) aufgezeigt, dass Blaualgenblüten auch bei kälteren Temperaturen (unter 15 Grad Celsius) auftreten können – sogar unter Eis. Bleiben die drei von den Forschenden charakterisierten Algenblüten-Typen unbemerkt, bestehen Risiken für die Trinkwassergewinnung. Denn Cyanobakterien – auch Blaualgen genannt – können Giftstoffe bilden, dem Gewässer Sauerstoff entziehen und Wasserpflanzen das Licht zur Photosysnthese nehmen. Blaualgenblüten gefährden so aquatische Ökosysteme mit ihren Lebewesen sowie Trinkwasserressourcen und Badegewässer. Ihre Ergebnisse publizierte das Team im Fachjournal Limnology and Oceanography Letters.

Quelle: IGB

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Cleveres Plantagen-Design für mehr Macadamia-Nüsse

Die unreifen Macadamia-Nüsse hängen in Trauben am Baum. Foto: Mina Anders

Um den Verlust an biologischer Vielfalt in Agrarlandschaften zu verringern, braucht es nachhaltigere und umweltfreundlichere Praktiken in der Landwirtschaft. Ein Forschungsteam der Universitäten Göttingen, Hohenheim und Venda in Südafrika hat untersucht, wie sich in Macadamia-Plantagen Ökosystemleistungen wie zum Beispiel die Bestäubung verbessern lassen könnten. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen im Fachjournal Journal of Applied Ecology, dass ein bestimmtes Design der Plantagen – wie die räumliche Anordnung der Baumreihen, der Sorten und die Integration naturnaher Lebensräume in und um die Plantagen herum – die Bestäubungsleistung durch Bienen erhöhen kann.

Quelle: Uni Göttingen

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Die mehrjährigen europäischen Sommerdürren seit 2015 waren über Jahrhunderte die schwersten – aber nicht die einzigen

Baumringe ermöglichen präzise Datierung Jahrhunderte in die Vergangenheit: Die Isotopenverhältnisse von Kohlenstoff 13C zu 12C und Sauerstoff 18O zu 16O in der Zellulose des Baumstamms sind Indikatoren für Trockenheit bzw. Feuchtigkeit beim Baumwachstum. Foto: GFZ

Die Sommertrockenheit 2015-2018 war in weiten Teilen West- und Mitteleuropas in den letzten 400 Jahren beispiellos, was die negative Wasserbilanz angeht. Das deutet auf einen Einfluss der menschengemachten Erderwärmung hin. Mehrjährige Dürren hat es jedoch schon früher gegeben, im späten 17. und frühen 18. Jahrhundert sogar häufiger als in der Zeit seit 1860. Das zeigen Isotopenanalysen an Baumringen in ganz Europa, die sich so als einzigartiges Werkzeug für die Klimaforschung erweisen. Die Ergebnisse dieser Studie von einem Team um Mandy Freund (Universität Melbourne) und Gerhard Helle (Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ) sind in Nature Communications Earth & Environment erschienen.

Quelle: GFZ

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Klimawandel gefährdet die Lebensräume von Meeresorganismen

Eine umfangreiche Modellierungsstudie gibt Hinweise darauf, in welchem Maße der Klimawandel Meeresökosysteme und ihre Artenvielfalt bedroht. Demnach könnten sich bis Ende des Jahrhunderts die Lebensräume eines großen Teils mariner Arten nicht nur polwärts verschieben, sondern sich auch deutlich verkleinern. Zudem besteht die Gefahr, dass besonders rund um den Äquator Verbreitungsgebiete fragmentiert werden. Die interdisziplinäre Studie haben die Forschenden, an denen neben Forschenden des Helmholtz-Instituts für Funktionelle Marine Biodiversität an der Universität Oldenburg (HIFMB) unter anderem Forschende des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) sowie des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung in Kiel beteiligt waren, im Fachmagazin Global Change Biology

Quelle: Uni Oldenburg

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Neu entdeckter Pilz kastriert Fichtenblüten

Microstrobilinia castrans (schwarze Becherchen) ist der einzige bekannte Pilz, der ausschliesslich männliche Fichtenblüten befällt und diese unfruchtbar macht. Foto: Valentin Queloz, WSL

Seltener Fund beim Mittagsspaziergang: Auf einer Fichte entdeckte ein Mitarbeiter der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) nicht nur eine neue Pilzart, sondern auch eine der Wissenschaft bisher unbekannte Gattung. Der Parasit ernährt sich von den Fichtenpollen und zerstört dabei die männlichen Blüten. Unklar ist, ob es sich um eine eingeschleppte Art handelt. Veröffentlicht haben die Forschenden die Charakterisierung des Pilzes im Fachjournal Mycological Progress.

Quelle: WSL

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Anbau und Verarbeitung von 148 Einkorn-Sorten

Produkte aus alten Getreidearten wie Einkorn erfreuen sich wachsender Beliebtheit. Foto: Florian Gerlach, Uni Hohenheim

Urgetreide erfordern ein gewisses Know-how bei Anbau und Verarbeitung. Im vermutlich weltgrößten Urgetreide-Versuch mit Dinkel, Emmer und Einkorn wurde dies nun auch abschließend für Einkorn bestätigt. Prof. Dr. Friedrich Longin von der Landessaatzuchtanstalt der Universität Hohenheim in Stuttgart testete zusammen mit seinem Team 148 Einkorn-Sorten an mehreren Anbauorten auf ihre Eigenschaften auf dem Feld, in der Mühle und in der Bäckerei. „Dabei konnten wir in der Feldleistung ebenso wie beim Mahlen und Backen enorme Unterschiede zwischen den einzelnen Sorten feststellen. Wer Einkorn erfolgreich nutzen möchte, sollte auf eine Sorte setzen, die einen sicheren Ertrag liefert und beim Backen auf handwerkliches Können zurückgreifen“, fasst der Experte seine Ergebnisse (hier als pdf) zusammen.

Quelle: Uni Hohenheim

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Zelluläre Müllabfuhr: Wie der “Selbstverzehr” molekular reguliert wird

Zellulärer Stress und Homöostase (zellulärer Normalzustand) im Baum des Lebens. Grafik und (c): Lorenzo Picchianti, GMI

Forschende haben einen molekularen Schalter entdeckt, der die Autophagie („Selbstverzehr“) in Pflanzen reguliert. Die Forschenden des Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Max Perutz Labs zeigen im Fachmagazin EMBO journal, dass dieser Regulationsmechanismus in Eukaryoten konserviert ist. ist ein wichtiger zellulärer Qualitätskontrollmechanismus zur Beseitigung von Proteinaggregaten und beschädigten Zellteilen. Dieser Mechanismus ist unter normalen Bedingungen inaktiv und wird erst bei anhaltendem Zellstress aktiviert.

Quelle: GMI (in engl.)

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Baumring-Daten belegen ungewöhnliche Sommertrockenheiten

Forschende haben anhand von Baumring-Isotopendaten nachgewiesen, dass in einigen Teilen Europas die Sommertrockenheiten der letzten Jahre im Vergleich zu den vergangenen Jahrhunderten sehr ungewöhnlich waren. Dazu haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler – unter anderem vom Meteorologischen Institut der Freien Universität Berlin – eine neue Messmethode basierend auf Isotopendaten angewandt. Die dazugehörige Studie mit dem Titel European tree-ring isotopes indicate unusual recent hydroclimate ist nun im Fachmagazin Nature Communications Earth and Environment veröffentlicht worden.

Quelle: FU Berlin

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Zweite Chance für Moore

Salzwiesen bei Greifswald. Foto: Jan Meßerschmidt

Der globale Verlust von Feuchtgebieten ist kleiner als bisher angenommen, das belegt die aktuelle Studie Extensive global wetland loss over the last three centuries. Diese wurde jetzt im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlicht. Moorkundler*innen der Universität Greifswald haben Daten aus ihrer Global Peatland Database und aus den historischen Beständen der Moorbibliothek beigetragen. Die Ergebnisse helfen, die Klimawirkung von Mooren besser einzuschätzen und den Schutz der Moore und sonstiger Feuchtgebiete besser zu planen.

Quelle: Uni Greifswald

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Rund ein Viertel weniger Feuchtgebiete in 300 Jahren

Die Karte zeigt sowohl die Unterschiede in der geografischen Verteilung von anthropogen beeinflussten Feuchtgebieten im Vergleich zu nicht beeinflussten Feuchtgebieten als auch den geschätzten kumulativen Prozentsatz des Feuchtgebietsverlustes zwischen 1700 und 2020. Regionen mit hohen Verlustraten sind gelb bis rot, Regionen mit dichten Feuchtgebieten und geringen Verlustraten sind blau dargestellt. Grafik: Uni Göttingen

Die Trockenlegung von natürlichen Feuchtgebieten hat die Nutzung durch Land- und Forstwirtschaft sowie den Torfabbau begünstigt, allerdings auch großen Einfluss auf Treibhausgasemissionen, Hochwasserschutz, Nährstoffflüsse und Biodiversität. In einer globalen, im Fachjournal Nature publizierten Studie hat ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Stanford University rekonstruiert, wo und wann zwischen den Jahren 1700 und 2020 Feuchtgebiete umgewandelt wurden und für welchen Zweck dies geschah. Neben der Uni Greifswald, die Daten aus der Global Peatland Database und aus historischen Beständen der Moorbibliothek beitrugen, war die Uni Göttingen an der Studie unter anderem mit Informationen zu landwirtschaftlichen Entwässerungsvorhaben sowie zu Drainagen im Bewässerungslandbau beteiligt. „Die Ergebnisse dieser ersten systematischen, datenbasierten Erfassung des Ausmaßes des Verlustes von Feuchtgebieten weltweit für einen so langen Zeitraum sind sehr bedeutsam“, sagt Prof. Dr. Stefan Siebert vom Department für Nutzpflanzenwissenschaften der Universität Göttingen, der an der Studie beteiligt war. „Sie tragen einerseits zum besseren Verständnis der Ursachen bei. Andererseits ermöglichen uns die neuen Daten, in Folgestudien die Wirkung dieser Landnutzungsänderungen zum Beispiel auf den Klimawandel, den Verlust an Biodiversität aber auch auf Produktivitätssteigerungen in der Landwirtschaft besser zu quantifizieren.“

Quelle: Uni Göttingen

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Apotheke der Zukunft in Gefahr

Bioaktive Stoffe in Heilpflanzen – wie dem von der Europäischen Arzneimittel-Agentur anerkannten Pflanzen der Gattung Sideritis (Gliedkräuter) – erfüllen in Ökosystemen spezifische Aufgaben, beispielsweise bei der Bestäubung. Foto: Theodoridis, Senckenberg

Heilpflanzen könnten die medizinische Versorgung der Menschheit sichern – dazu müssten sie umfassend erforscht und geschützt werden, fordert ein Wissenschaftler*innen-Team. Im Fachjournal The Lancet Planetary Health plädieren sie dafür, die Erforschung von Heilpflanzen systematisch voranzutreiben, um ihr Potenzial für die globale Gesundheitsversorgung nachhaltig zu nutzen. Dabei zeigen sie die Möglichkeiten auf, die der wissenschaftliche und technische Fortschritt für das Verständnis der ökologischen Funktionen bioaktiver Pflanzenstoffe und ihren Einsatz in der Medizin eröffnet und weisen auf die Gefahren hin, welche die Klima- und Biodiversitätskrise für diese wichtige Naturressource darstellen.

Quelle: Senckenberg

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Pflanzenvielfalt nach Landwirtschaft: keine vollständige Erholung ohne Hilfe

Grasland in Cedar Creek, Minnesota (USA) – eines der ältesten ehemaligen Felder oben links sowie Reste einer Grassteppe unten rechts. Foto: Forest Isbell

Landwirtschaft gilt als einer der wesentlichen Störfaktoren ökologischer Systeme – und es kann lange dauern, bis sich ehemals landwirtschaftlich genutzte Flächen wieder erholen. Ohne aktive Renaturierungsmaßnahmen kann sich diese Erholung noch weiter herauszögern und ist zudem häufig unvollständig, zeigt ein Forschungsteam unter der Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv). In ihrer Studie im Journal of Ecology beleuchten sie, wie sich ehemals landwirtschaftlich genutzte Flächen auf verschiedenen Ebenen erholen, und zeigen konkrete Renaturierungsmaßnahmen auf, die der Biodiversität helfen können sich zu regenerieren.

Quelle: iDiv

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Neuer Wirkstoff aus Bakterien könnte Pflanzen schützen

Bakterien der Gattung Pseudomonas produzieren einen stark antimikrobiellen Naturstoff. Die in Bakterien neu entdeckte Naturstoff-Gruppe der Keanumycine wirkt effektiv gegen den Pflanzenschädling Botrytis cinerea, der die sogenannte Grauschimmelfäule auslöst und jährlich für immense Ernteeinbußen sorgt. Auch für den Menschen gefährliche Pilze wie Candida albicans werden durch den Wirkstoff gehemmt. Dabei ist er nach bisherigen Untersuchungen ungefährlich für pflanzliche und menschliche Zellen. Im Genom der Bakterien fanden die Forschenden nun Biosynthesegene für die neu entdeckten Naturstoffe, die Keanumycine A, B und C. Die Naturstoffgruppe gehört zu den nichtribosomalen Lipopeptiden mit seifenartigen Eigenschaften. „Die Lipopeptide töten so effizient, dass wir sie nach Keanu Reeves benannt haben, weil der in seinen Rollen auch extrem tödlich ist“, erläutert Sebastian Götze, Erstautor der Studie, mit einem Augenzwinkern. Die Studie haben Forschende des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI) im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.

Quelle: Leibniz HKI

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Globale Studie zeigt Einfluß des Klimawandels auf terrestrische Ökosysteme

Vegetationsänderungen in Wildnisgebieten – wie hier im Kruger-Nationalpark in Südafrika – sind zuverlässige „Fingerabdrücke“ des Klimawandels. Foto: Cyrus Samimi

Wie sich der globale Klimawandel auf terrestrische Ökosysteme auswirkt, zeigt eine Studie, in der erstmals messbare Veränderungen in der Vegetation von terrestrischen Ökosystemen auf einzelne Klimafaktoren zurückzuführen sind. Dazu haben Forschende weltweite Fernerkundungsdaten aus den letzten 40 Jahren mit einem neuartigen dynamischen Modell des Pflanzenwachstums analysiert. Das neue Modell beschreibt den Einfluss wichtiger Klimaparameter wie Lufttemperatur, Bodentemperatur, Bodenfeuchte, Sonneneinstrahlung und atmosphärischer CO₂-Gehalt auf das Pflanzenwachstum. Veränderungen in der Vegetationsaktivität konnten meist durch Veränderungen der Temperatur und der Bodenfeuchtigkeit erklärt werden. Änderungen der Sonneneinstrahlung und des CO₂-Gehalts in der Atmosphäre spielten selten eine dominante Rolle. In einigen Ökosystemen sind nach einer langjährigen Zunahme der Vegetationsaktivität Rückgänge zu beobachten. Diese Trendumkehr wirft die Frage auf, ob terrestrische Ökoysteme auch in Zukunft einen hohen Beitrag zur Bindung von atmosphärischem Kohlenstoff leisten werden. Das berichten Pflanzenökolog*innen der Universität Bayreuth im Fachjournal Nature Geoscience.

Quelle: Uni Bayreuth

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Einheimische Kakaosorten mit besonders feinem Geschmack

Einheimische Kakaofrüchte in Peru. Foto: Teja Tscharntke, Uni Göttingen

Im westlichen Amazonasgebiet wird seit prähistorischer Zeit Kakao angebaut, der für seine genetische Vielfalt bekannt ist. Hier wächst das Interesse, den Anbau von ertragreichem, aber meist qualitativ minderwertigem Kakao auf einheimische Kakaosorten mit besonders feinem Geschmack umzustellen. Dies könnte den Kleinbauern höhere Preise ermöglichen, wie Forschende der Agrarökologie der Universität Göttingen und ein internationales Team in einer Studie zeigen, die sie im Fachmagazin Conservation Letters veröffentlichten. Zudem könnten sich diese Sorten besser an regionale Klima- und Wachstumsbedingungen anpassen und die einheimische Artenvielfalt und Ökosystemleistungen wie biologische Schädlingsbekämpfung und Bestäubung fördern.

Quelle: Uni Göttingen

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Fleischfressende Pflanzen mit Säuger-Kot besser versorgt

Ernährungsumstellung: Für Insekten bestimmte Fangfallen werden zu Kloschüsseln umfunktioniert. Foto: Alastair Robinson

In tropischen Gebirgen nimmt die Zahl der Insekten mit zunehmender Höhe ab. Dadurch verschärft sich in Gebirgshochlagen die Konkurrenz zwischen Pflanzenarten, die sich auf den Fang von Insekten als wichtige Nährstoffquelle spezialisiert haben. Wie kreativ einige dieser Pflanzenarten mit dieser Situation umgehen, zeigt ein internationales Forschungsteam mit Prof. Dr. Gerhard Gebauer von der Universität Bayreuth im Dezember in den Annals of Botany. In Bergregionen auf Borneo haben einige Arten der Kannenpflanze Nepenthes ihre Ernährung umgestellt: Mit ihren Fangfallen - die ursprünglich der Erbeutung von Insekten dienten - nehmen sie den Kot von Säugetieren auf und sind dadurch sogar besser mit Nährstoffen versorgt als zuvor.

Quelle: Uni Bayreuth

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Degradation: Unterschätzte Gefahren für den Regenwald

Bisher war in wissenschaftlichen Untersuchungen zur Zerstörung der Regenwälder vor allem deren Rodung Forschungsgegenstand. Nun hat ein interdisziplinäres Forscherteam erstmals Ursachen und Effekte weiterer menschengemachter Schäden am Beispiel des Amazonasregenwaldes untersucht. Eine größere Rolle als bisher angenommen spielt dabei die Degradation von Waldökosystemen, also menschengemachte Schäden, die nicht durch die direkte Abholzung der Wälder zustande kommen. Das geht aus Ergebnissen hervor, die von einem Forscherteam mit Kasseler Beteiligung in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurden. Degradation kommt zum Beispiel durch Dürren, Waldbrände, Holzentnahme oder infolge landwirtschaftlicher Nutzung angrenzender Flächen zustande. Zusammengenommen führen sie nach Einschätzung der Forschenden zu einem vergleichbaren Verlust an Biodiversität und mindestens ebenso hohen CO2-Emissionen wie die Abholzung der Tropenwälder. Diese negativen Folgen zeigen sich allerdings oft schleichend.

Quelle: Uni Kassel

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Biosynthese von Capsaicin aufgeklärt

Biochemiker*innen haben die die Biosynthese von Capsaicin aus der Chilischote (Capsicum spec.) näher beleuchtet. Erstmals beschreibt die Arbeitsgruppe um Dr. Thomas Vogt vom Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB) die enzymatische Aktivität der lange gesuchten Capsaicinsynthase. Das Enzym katalysiert den letzten Reaktionsschritt der pflanzlichen Capsaicinproduktion. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Oktober im Fachjournal Molecules.

Quelle: IPB

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Wie sich nicht-einheimische Baumarten auf die biologische Vielfalt auswirken

Robinien werden nicht nur aufgrund ihres wetterbeständigen Holzes, sondern wegen ihrer hübschen Blüten auch als Zierbaum in Europa angepflanzt. Foto: Thomas Reich

Nicht-einheimische Waldbaumarten können die heimische Artenvielfalt verringern, wenn sie in einheitlichen Beständen angepflanzt sind. Hingegen sind ihre Auswirkungen auf Bodeneigenschaften gering. Zu diesem Ergebnis kommt eine internationale Übersichtsstudie mit Beteiligung der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL), die in der Zeitschrift NeoBiota veröffentlicht wurde.

Quelle: WSL

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In Gebirgen breiten sich gebietsfremde Pflanzen rasch aus

Forschende untersuchen Pflanzen entlang einer Bergstrasse in den Walliser Alpen der Schweiz. Foto: ETH Zürich

Bisher blieben Gebirgsregionen von biologischen Invasionen weitgehend verschont. Doch jetzt zeigt eine neue Monitoringstudie, dass der Druck von Neophyten auf Gebirge und ihre einmalige Vegetation weltweit steigt: Die Invasion von gebietsfremden Pflanzen in höhere Lagen hat in vielen Gebirgen der Erde zwischen 2007 und 2017 zugenommen. Die Studie unter Federführung der ETH Zürich ist soeben in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution erschienen.

Quelle: ETH Zürich

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Bewegliche Spermien und häufige Abtreibungen im Kleinen Blasenmützenmoos

Das Protein PINC hat einen Einfluss auf die Motilität der Spermien (links) und die Verankerung der Sporenkapseln (rechts, dunkle Strukturen) im Moos Physcomitrella. Die fluoreszenzmikroskopischen Aufnahmen in der Mitte zeigen links das männliche Geschlechtsorgan und rechts eine junge Sporenkapsel. PINC ist magentafarben markiert. Aufnahmen: Volker Lüth, Uni Freiburg

Die Fruchtbarkeit des Laubmooses Physcomitrella (Physcomitrium patens) wird durch den Auxin-Transporter PINC gleich an zwei Stellen beeinflusst: „In Physcomitrella-Pflanzen, denen PINC fehlte, waren deutlich mehr Spermien schwimmfähig“, beschreibt Volker Lüth, Erstautor der Studie, die Beobachtungen. Einen entgegengesetzten Effekt hatte PINC auf die Verankerung der Sporenkapsel, die aus der befruchteten Eizelle entsteht und von den weiblichen Organen festgehalten und mit Nährstoffen versorgt wird. Trennt sich diese Verbindung, entspricht das einer Abtreibung eines Embryos, erklärt Prof. Ralf Reski. Bislang war das Hormon Auxin als Wachstums- und Entwicklungsregulator in Pflanzen bekannt. Die doppelte Wirkung der PINC-Auxin-Transporter auf die Fruchtbarkeit des Mooses haben die Forschenden der Universität Freiburg Mithilfe mikroskopischer und genetischer Methoden herausgefunden und in der Fachzeitschrift New Phytologist veröffentlicht.

Quelle: Uni Freiburg

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Wie sich Pflanzen gegen Frost schützen

Die Collage zeigt verschiedene Arten von Pflanzenblättern und ihre Schutzmechanismen vor Eis (im Uhrzeigersinn, beginnend unten links): Härchen, eine glatte Oberfläche und eine Wachsschicht. Aufnahmen und (c): Elena Gorb und Stanislav Gorb

Fallen die Temperaturen unter null Grad, bilden sich Eiskristalle auf den Blättern von winterharten Grünpflanzen. Trotzdem überstehen sie Frostphasen in der Regel unbeschadet. Mit einem besonderen Kryo-Rasterelektronenmikroskop konnten Forschende vom Zoologischen Institut der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) erstmals hochauflösende Bilder von Vereisungsprozessen auf heimischen Wildpflanzen und Pflanzen in der Antarktis aufnehmen. Dabei entdeckten sie verschiedene winzige Strukturen auf den Blattoberflächen, mit denen sich die Pflanzen gegen niedrige Temperaturen schützen. Ein besseres Verständnis dieser Schutzstrategien könnte auch für Nutzpflanzen oder Flugzeugoberflächen interessant sein. Die Ergebnisse erschienen im wissenschaftlichen Fachmagazin The Science of Nature.

Quelle: CAU

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Schon vor Jahrtausenden haben Menschen das Wachstum von Blaualgen in Gewässern beeinflusst

Der Tiefe See im Naturpark Nossentiner/Schwinzer Heide, Mecklenburg-Vorpommern (Deutschland); Luftaufnahme des länglichen Sees im flachen Land im Blick von Norden. Foto: A. Brauer

Das übermäßige Wachstum von teils giftigen Blaualgen (Cyanobakterien) in Gewässern ist kein Phänomen der Neuzeit. Der Mensch hat es schon vor Jahrtausenden beeinflusst. Das zeigt nun erstmals die Untersuchung von Blaualgen-DNA an Sedimenten eines Sees in Mecklenburg. Die Studie von Forschenden des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ und Kolleg*innen konnte die Geschichte der Blaualgen des Sees über die letzten 11.000 Jahre entschlüsseln und wurde in der Fachzeitschrift Communications Biology veröffentlicht.

Quelle: GFZ

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Moose verzweigen sich anders... auch auf molekularer Ebene

Das Laubmoos Marchantia polymorpha reduziert seine Verzweigungen, wenn Schatten auf die Pflanze fällt. Grafik und (c): Susanna Streubel, Dolan Lab, Current Biology, GMI

Nicht-vaskuläre Moose leben in Kolonien, die den Boden bedecken und winzigen Wäldern ähneln. In einem echten Wald konkurrieren die Pflanzen in verschiedenen Schichten des Kronendachs um Licht. Wenn eine Pflanze nicht genügend Sonnenlicht empfängt, stellt sie die seitliche Verzweigung ein und wächst stattdessen in die Höhe. Forschende des Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften entdeckten, dass das Lebermoos, dessen Pflanzenkörper sich grundlegend von dem vaskulärer Pflanzen unterscheidet, seine Architektur ebenfalls an die Lichtverhältnisse anpasst. Die Ergebnisse haben sie im Journal Current Biology veröffentlicht.

Quelle: GMI

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Venusfliegenfallen-Mutante mit Zahlenschwäche

Stimulation der Venusfliegenfalle durch Berührungen löst elektrische Signale und Kalziumwellen aus. Die Kalziumsignatur wird decodiert; das führt zum schnellen Zuschnappen der Falle. Die DYSC-Mutante kann die Kalziumsignatur nicht mehr korrekt auslesen. Grafik: Ines Kreuzer, Uni Würzburg

Eine neu entdeckte Dyscalculia-Mutante der Venusfliegenfalle hat ihre Fähigkeit verloren, elektrische Impulse zu zählen. Ein Würzburger Forschungsteam legt die Ursache des Defekts offen und beschreibt die Schlüsselkomponente im Fachjournal Current Biology. Entdeckt hatten ein Koautor der Publikation die Mutante auf einer Pflanzenbörse. Die Website der Uni Würzburg bietet auch ein kleines Video der Erkenntnisse.

Quelle: Uni Würzburg

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Grasland-Ökosysteme werden mit zunehmendem Alter widerstandsfähiger

Eine reduzierte Biodiversität beeinträchtigt die Stabilität des gesamten Ökosystems. Ein langfristig angelegter Versuch zeigt nun, dass Grasland-Pflanzengemeinschaften mit mehreren Arten etwa zehn Jahre brauchen, bis sie sich aufeinander eingestellt haben und wieder gleichmässig viel Biomasse produzieren können. In der Studie untersuchten Forschende der Universitäten Zürich (UZH), Leipzig und Jena sowie des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) die Stabilität der pflanzlichen Biomasseproduktion über 17 Jahre in einem aussergewöhnlich langfristig angelegten Biodiversitätsversuch, dem sog. Jena-Experiment. Veröffentlicht hatten die Forschenden ihre Ergebnisse am 14. Dezember Nature Communications und heute der Öffentlichkeit vorgestellt.

Quelle: UZH

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Altes Gelbes Enzym hilft Algen gegen Lichtstress

Die in den 1930er-Jahren entdeckten Alten Gelbe Enzyme, kurz OYEs (vom englischen Old Yellow Enzymes) sind Biokatalysatoren – gelb gefärbt durch ein Hilfsmolekül. Sie können Reaktionen durchführen, welche für die chemische Industrie sehr wertvoll sind, etwa Medikamentenvorstufen oder Duftststoffe herstellen. Obwohl OYEs in vielen Organismen vorkommen, ist ihre natürliche Rolle für diese Lebewesen bisher kaum bekannt – möglicherweise, weil der wissenschaftliche Fokus auf der biotechnologischen Anwendung lag. Forschende um Privatdozentin Dr. Anja Hemschemeier und Prof. Dr. Thomas Happe von der Ruhr-Universität Bochum (RUB) zeigen nun, dass ein OYE der einzelligen Grünalge Chlamydomonas reinhardtii wichtig für den pflanzlichen Einzeller ist, um sich vor Lichtstress zu schützen, wie sie in der Zeitschrift Plant Direct vom 15. Januar 2023 zeigen.

Quelle: RUB

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Blütenmuster machen Hummeln effizienter

Die Interaktion von Hummeln mit Blüten wird deutlich effizienter, wenn die Blüten gemustert sind. Im Bild eine Arbeiterin der dunklen Erdhummel. Foto: Johannes Spaethe, Uni Würzburg

Die Suche nach Nektar kostet Insekten viel Energie, sie müssen also möglichst effizient vorgehen. Bunte Muster auf den Blütenblättern helfen dabei kräftig mit. Ein Team vom Biozentrum der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) hat jetzt erstmals die einzelnen Schritte entschlüsselt, über die Blütenmuster die Effizienz von Erdhummeln (Bombus terrestris) steigern. Insgesamt reduzieren Saftmale die Zeit, die für die gesamte Interaktion mit einer Blüte gebraucht wird, um bis zu 30 Prozent – vom Anflug über das Finden des Nektars bis hin zum Abflug. Überraschenderweise verkürzen die Blütenmuster nicht die eigentliche Nektarsuche; sie machen aber den Anflug effizienter und sorgen für eine strategisch günstigere Landeposition. Sie wirken wie Markierungen auf einer Landebahn und helfen den Hummeln, ihren Anflug zu koordinieren. Das berichtet das Team um Anna Stöckl und Johannes Spaethe im Journal Functional Ecology.

Quelle: Uni Würzburg

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Studie zur Toxizität von Pestiziden in Deutschland sieht Handlungsbedarf

Dargestellt sind hier die Pestizidrisiken für Bestäuber in Deutschland. Pestizidrisiken bestehen laut der Studienergebnisse auch für Landpflanzen. Grafik: Sascha Bub, RPTU

Pestizidrisiken in Deutschland haben sich über die vergangenen 25 Jahre geändert, wie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) in einer im Dezember veröffentlichten Studie im Fachmagazin Environmental Science & Technology berichten. Zwar nahmen die Risiken für Landwirbeltiere in dieser Zeit ab, die für Landpflanzen, Fische und Bodenorganismen nahmen jedoch gleichzeitig zu. Für andere Organismengruppen gab es keinen eindeutigen Trend. Diese Erkenntnisse sind laut des Forschungsteams sind relevant für den Plan der Europäischen Union (EU), die die Pestizidrisiken bis 2030 um 50 Prozent reduzieren will.

Quelle: RPTU

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Neue Sonnentau-Arten dank Sozialer Medien entdeckt

Alle Arten des Drosera microphylla Komplexes haben sehr auffällige Blüten. Bisher waren drei Arten aus dieser Gruppe bekannt, nun sind es neun. Collage: Thilo Krueger, Curtin-University

Ein australisch-deutsches Forscherteam um den Botaniker Andreas Fleischmann (und Preisträger unseres Eduard Strasburger-Preises 2015) hat sechs neue fleischfressende Sonnentau-Arten aus Westaustralien entdeckt. Eigentlich nichts Besonderes für Botaniker*innen – allerdings wurden vier der sechs neuen Arten anhand von Fotos auf Social Media Kanälen identifiziert, die dort von Naturfotografen gepostet wurden. „Die Forschungsdaten der Citizen Scientists sind eine wertvolle Datenquelle für uns Biodiversitätsforscher*innen – und damit von großer Bedeutung für den Schutz vieler Tier- und Pflanzenarten. Vor allem die Ermittlung von Verbreitungsgebieten sehr seltener Arten wäre uns ohne diese zusätzliche Datenfülle gar nicht möglich“, sagt Andreas Fleischmann, Letztautor der Studie. Die Ergebnisse ihrer Untersuchungen und die Beschreibung neuen Arten haben die Forschenden der Staatlichen Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns (SNSB) mit ihren australischen Parntern nun in der Fachzeitschrift Biology veröffentlicht.

Quelle: SNSB

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Selten aber möglich: auch Väter können Chloroplasten vererben

Tabakkeimlinge auf Wachstumsmedium mit Antibiotikum. Pflanzen mit mütterlichen Chloroplasten sind weiß. Zwei Keimlinge enthalten grüne Chloroplasten (rote Pfeile), die resistent gegen das Antibiotikum sind und von der Vaterpflanze weitergegeben wurden. Aufnahme: MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie

Forschende haben in fast 4 Millionen Tabakpflanzen die Vererbung von Chloroplasten unter verschiedenen Umweltbedingungen untersucht. Entgegen der bisherigen Ansicht, Chloroplasten würden nur von der Mutterpflanze weitergegeben, können bei Kälte auch väterliche Chloroplasten vererbt werden. Die Chloroplasten der Eltern können sich also in den Nachkommen treffen und genetisches Material austauschen. Diese Erkenntnis erlaubt es, Eigenschaften aus dem Erbgut der Chloroplasten gezielt in der Züchtung zu nutzen, und eröffnet zudem neue Perspektiven für die Evolutionsforschung. Die Studie des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam wurde in Nature Plants veröffentlicht.

Quelle: MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie

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Größte Blüte in Bernstein

Blüte im Bernstein. Foto und (c): Carola Radke

Forscherinnen vom Museum für Naturkunde Berlin (MfN) und der Universität in Wien haben eine Seltenheit erforscht– den Einschluss einer fast 3 cm großen Blüte, die vor ca. 38-34 Millionen Jahren samt ihren Pollen in Harz eingeschlossen und konserviert wurde. Sie ist in etwa dreimal größer als die meisten Blüteneinschlüsse und somit die größte Blüte, die jemals in Bernstein entdeckt wurde. Die neuen Erkenntnisse helfen, die Pflanzenwelt des Baltischen Bernsteinwaldes weiter zu entschlüsseln, Rückschlüsse auf das Klima vergangener Zeiten zu werfen und den Wandel der Wälder nachzuvollziehen. Anhand des Pollens sowie einiger Blütenmerkmale konnten die Forscherinnen das Fossil dem asiatischen Vertreter der Gattung Symplocos aus der Familie der Symplocaceae zuordnen. Über ihre Ergebnisse berichten sie im Fachjournal Scientific Reports.

Quelle: MfN

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Wie Gräser Inzucht verhindern

Blühende Ähre von Englischem Raigras. Foto: Molekulare Pflanzenzüchtung, ETH Zürich

Forschende der ETH Zürich konnten zeigen, welche Gene verhindern, dass sich Gräser selber befruchten. Das Team um Bruno Studer, Professor für Molekulare Pflanzenzüchtung, konnte anhand des Englischen Raigrases (Lolium perenne L.) die für die Selbstinkompatibilität verantwortlichen Gene erstmals identifizieren und die Abfolge ihrer Bausteine (DNA-Basensequenz) bestimmen. Das Englische Raigras ist eines der wichtigsten Futter- und Rasengräser weltweit. "Den Durchbruch verdanken wir den Fortschritten bei Genomanalysen. Diese haben es uns erst in den vergangenen Jahren erlaubt, rasch und umfassend das gesamte Erbgut eines einzelnen Organismus zu sequenzieren", betont Studer. Mit den in der Fachzeitschrift Molecular Biology and Evolution geschilderten Erkenntnissen können Pflanzenwissenschaftler*innen diesen Mechanismus nun gezielter einsetzen, um neue Sorten von Futtergräsern aber auch von Reis oder Gerste zu züchten.

Quelle: ETH Zürich

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Struktur eines Proteinsuperkomplexes der Atmungskette aufgeklärt

Atomares Modell eines mitochondrialen Atmungsketten-Superkomplexes der Pflanze Arabidopsis thaliana. Der Superkomplex entsteht durch Zusammenlagerung der Atmungskettenkomplexe I (complex I, blau) u. III (complex III2, grün). nm = Nanometer

Durch die Kombination von Kryoelektronenmikroskopie und Bildauswertungsverfahren unter Einsatz von Großrechnern können mittlerweile Bildpunkte im Bereich von 0,1 Millionstel Millimetern (0,1 Nanometer) aufgelöst werden. Das ist die Größenordnung des Abstands von Atomen innerhalb eines Moleküls. Mittels dieser Forschungsstrategie gelang der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Hans-Peter Braun von der Leibniz Universität Hannover in Kooperation mit Dr. Niklas Klusch und Prof. Dr. Werner Kühlbrandt vom Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt kürzlich die Strukturaufklärung eines Proteinsuperkomplexes, der an der Atmung pflanzlicher Zellen beteiligt ist. Dieser Superkomplex kommt in der inneren Membran der Mitochondrien vor.  Die Ergebnisse wurden am 30. Dezember 2022 in der Fachzeitschrift Nature Plants publiziert, zusammen mit einer Veröffentlichung einer amerikanischen Arbeitsgruppe um Dr. Maria Maldonado und Dr. James Letts, denen die Aufklärung der Struktur des gleichen Superkomplexes in einer anderen Pflanzenart gelang.

Quelle: Leibniz Universität Hannover

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Suche nach genetischen Grundlagen phänotypischer Merkmale wird leichter

Beispiele für phänotypische Innovationen im gesamten eukaryotischen Lebensbaum, auf die die neu entwickelten Ansätze angewendet werden können. Collage: Kenji Fukushima, JMU

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler interessiert, welche Veränderungen im Erbgut dafür verantwortlich sind, dass sich bei verschiedenen Arten identische Merkmale konvergent entwickeln konnten, obwohl unter ihnen keine verwandtschaftlichen Beziehungen bestehen. „Solche Merkmale – wir sprechen von Phänotypen – sind natürlich immer in Genomsequenzen kodiert“, sagt der Pflanzenphysiologe Dr. Kenji Fukushima von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg. Mutationen können die Auslöser für die Entwicklung neuer Merkmale sein. Jetzt ist es Fukushima gemeinsam mit seinem Kollegen David D. Pollock von der University of Colorado (USA) gelungen, eine Methode zu entwickeln, die bei der Suche nach den genetischen Grundlagen phänotypischer Merkmale deutlich bessere Ergebnisse erzielt als die bislang verwendeten Methoden. „Wir haben eine neuartige Metrik der molekularen Evolution entwickelt, mit der sich die Rate der konvergenten Evolution in proteinkodierenden DNA-Sequenzen genau darstellen lässt“, beschreibt Fukushima das wesentliche Ergebnis der jetzt in Nature Ecology & Evolution veröffentlichten Arbeit.

Quelle: JMU

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Klimawandel: immer mehr Flächen in Europa für Sojaproduktion geeignet

Langfristig eignen sich immer mehr Ackerflächen in Europa für den Anbau von Sojabohnen. Dies könnte die Abhängigkeit von Sojaimporten aus Brasilien und den USA verringern. Foto und (c): Moritz Reckling, ZALF

Der Klimawandel erfordert ein Umdenken in der Pflanzenproduktion, hin zu Sorten und Kulturen, die besser an Hitze und Trockenheit angepasst sind. Die Sojabohne gedeiht nicht nur unter warmen Bedingungen gut, sondern versorgt sich auch selbst mit dem wichtigen Pflanzennährstoff Stickstoff. Eine vom Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) in der Fachzeitschrift Global Change Biology veröffentlichte Studie zeigt, dass sich langfristig immer mehr Ackerflächen in Europa für die Sojaproduktion eignen. Damit könne die EU zukünftig auf einen großen Teil der Sojaimporte aus Brasilien und den USA verzichten, folgern die Autorinnen und Autoren der Studie.

Quelle: ZALF

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Salat nimmt giftige Zusatzstoffe aus Reifenabrieb auf

Wind, Klärschlamm und gereinigtes Abwasser tragen Reifenabriebpartikel von den Straßen auf Ackerflächen. Eine neue Laborstudie zeigt: Die in den Partikeln enthaltenen Schadstoffe könnten in das dort angebaute Gemüse gelangen. Forscher*innen des Zentrums für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft der Universität Wien haben untersucht, ob aus Reifen freigesetzte Chemikalien in Salatpflanzen gelangen und letztlich auf unseren Tellern landen könnten. Ihre Analysen ergaben: Der Salat nahm alle untersuchten chemischen Verbindungen – einige davon hochgiftig – auf. Weitere Untersuchungen sollen zeigen, wie dieser Prozess konkret in Ackerböden abläuft. Die Studie ist nun in der Fachzeitschrift Environmental Science & Technology erschienen.

Quelle: Uni Wien

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Klimawandel: Pflanzen-Bestäuber-Netzwerk verschiebt sich

Im hohen Norden hinterlässt der Klimawandel besonders deutliche Spuren. Eine neue Studie in Finnland zeigt nun, dass es parallel dazu dramatische Veränderungen bei den bestäubenden Insekten gegeben hat. Forscher*innen der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) haben festgestellt, dass sich das Netzwerk von Pflanzen und ihren Bestäubern dort seit dem Ende des 19. Jahrhunderts massiv verändert hat. Möglicherweise könne das dazu führen, dass Pflanzen künftig weniger effektiv bestäubt werden und sich dadurch schlechter vermehren, warnen die Wissenschaftler*innen im Fachjournal Nature Ecology & Evolution.

Quelle: UFZ

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Kombi aus alter Methode und moderner Technologie für neue Pflanzensorten

Neue Pflanzensorten durch die Kombination von Pfropfen und mobiler Genschere. Grafik: RTDS Association

Forschenden ist es gelungen mittels einer von ihnen entwickelten cleveren Kombination aus klassischer Pflanzenveredelung mit hochmoderner Molekularbiologie stabile geneditierte Pflanzen herzustellen, die nicht von klassisch gezüchteten oder natürlich entstandenen Mutationen zu unterscheiden sind. Diese neu entwickelte Methode ist außerdem geeignet, schneller Pflanzen mit den gewünschten Eigenschaften zu züchten und kann bei einer Vielzahl von Pflanzen genutzt werden, bei denen bisher die Geneditierung nicht eingesetzt werden konnte. Veröffentlicht haben die Forscher*innen des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie ihre Ergebnisse im Fachjournal Nature Biotechnology.

Quelle: MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie

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Protein reguliert Crossover-Prozesse - 1.000 Pflanzen sequenziert

Die Crossover-Verteilungen des linken (oben) und rechten (unten) Arms des Chromosom V der Arabidopsis-Pflanze in verschiedenen Mutanten. Grafik: Schnittger/UHH/MIN

Ein internationales Forschungsteam hat durch die Sequenzierung von 1.000 Pflanzen herausgefunden, dass wichtige Prozesse in der Meiose – crossover interference und crossover assurance – durch das Protein ASYNAPTIC 1 (ASY1) reguliert werden. Die unter Leitung des Entwicklungsbiologen Prof. Dr. Arp Schnittger der Universität Hamburg gewonnenen Ergebnisse könnten unter anderem für die Züchtung von Nutzpflanzen relevant sein und wurden in der Fachzeitschrift PNAS nexus veröffentlicht.

Quelle: Uni Hamburg

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Braunalgen-Schleim ist gut fürs Klima

Blasentang (Fucus vesiculosus) findet man auch an Deutschlands Küsten, etwa auf Helgoland. Die Bremer Forschenden führten ihre Untersuchungen in Finnland durch. Foto: Camilla Gustafsson, Zoologische Station Tvärminne, Finnland

Braunalgen nehmen große Mengen Kohlendioxid aus der Luft auf und geben Teile des enthaltenen Kohlenstoffs in Form eines schwer abbaubaren Schleims wieder an die Umwelt ab. Weil dieser Schleim kaum einem Meeresbewohner schmeckt, verschwindet dieser Kohlenstoff so für lange Zeit aus der Atmosphäre. Das zeigt eine im Fachjournal PNAS veröffentlichte Studie von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen. Wie die Forschenden zeigen, ist insbesondere der Algenschleim namens Fucoidan dafür verantwortlich. Sie schätzen, dass Braunalgen so bis zu 550 Millionen Tonnen Kohlendioxid jedes Jahr aus der Luft holen könnten – beinahe die Menge der gesamten jährlichen Treibhausgas-Emissionen Deutschlands.

Quelle: MPI für Marine Mikrobiologie

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Zellkompass für effizientes Atmen von Gräsern

Eine Spaltöffnung in Gräser besteht aus zwei zentralen, hantelförmigen Schliesszellen und zwei seitlichen Helferzellen. Foto und (c): zvg, Uni Bern

Eine Forschungsgruppe konnte neue Erkenntnisse gewinnen, wie Gräser effiziente Spaltöffnungen auf ihren Blättern entwickeln. Wenn wichtige Komponenten in diesem Entwicklungsprozess fehlen, wird der Gasaustausch zwischen Pflanze und Atmosphäre beeinträchtigt, wie sie im Fachmagazin eLife berichten. Die beim Gras Brachypodium distachyon gewonnenen Erkenntnisse der Forschenden um Prof. Dr. Michael Thomas Raissig vom Institut für Pflanzenwissenschaften (IPS) der Universität Bern sind auch wichtig im Hinblick auf den Klimawandel.

Quelle: Uni Bern

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Mechanismus zum Lichtschutz von Pflanzen entschlüsselt

Pflanzen wie Arabidopsis thaliana akkumulieren in den Blattgeweben im Zuge der Anpassung an höhere Lichtintensitäten große Mengen von Farbstoffen (rechts). Foto: Andreas Richter, Uni Rostock

Wie Pflanzen Schutzpigmente ausbilden, um sich vor hoher Lichtintensität zu schützen, hat eine Forschungsgruppe vom Institut für Biowissenschaften der Universität Rostock unter Beteilung der Humboldt-Universität zu Berlin und der Ludwig-Maximilians-Universität München nun enträtselt. Im Fachmagazin Plant Communications schildern sie diejenigen Mechanismen, die für die Aktivierung der Farbstoff-Bildung in Pflanzen verantwortlich ist. Es zeigte sich, dass die bei der Photosynthese erzeugten Zucker als Signalmoleküle für die Aktivierung der Anthocyanbildung bei Lichtüberschuss verantwortlich sind. „Wie sich herausstellte, führt die gesteigerte Bildung von Kohlenhydraten, wie sie etwa unter erhöhten Lichtintensitäten zu beobachten ist, zu einer verstärkten Bildung von Enzymen, die für die Bildung der Anthocyane in der Pflanze notwendig sind“, sagt Juniorprofessor Andreas Richter.

Quelle: Uni Rostock

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Aufforstung und Maschinen: Beseitigung von CO2 sollte verstärkte finanzielle Unterstützung vom Staat erhalten

Um Treibhausgase wieder aus der Luft heraus zu holen, müssen Fördergelder gezahlt werden. Diese Subventionen für die Beseitigung von CO2 sollten dabei höher sein als der Preis, der auf den Ausstoß von CO2 erhoben wird – das zeigt eine neue ökonomische Studie, die im Fachmagazin Journal of Environmental Economics and Management erschien. Erstmals analysierten die Forschenden u.a. des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) politische Maßnahmen, die auf das Abscheiden von CO2 aus der Atmosphäre zielen, um es dann unterirdisch oder in Produkten zu speichern. Grund für die vorgeschlagene unterschiedliche Bepreisung sind nicht technische Schwierigkeiten beim Herausholen des CO2 aus der Luft, sondern ein wirtschaftlicher Effekt, der als Leckage bezeichnet wird.

Quelle: PIK

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Frühzeitliche Wälder veränderten den CO2-Gehalt in der Atmosphäre nicht so stark wie bisher angenommen

Ein internationales Team von Erdsystemforschenden hat herausgefunden, dass die Atmosphäre weit weniger CO2 enthielt als bisher angenommen, als die Wälder auf unserem Planeten entstanden. Die in Nature Communications veröffentlichte Studie revidiert ein 30 Jahre altes Paradigma und hat wichtige Auswirkungen auf das Verständnis, wie Landpflanzen das Klima beeinflussen. Das berichtet das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK).

Quelle: PIK

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Früh grün, früh braun: Klimawandel lässt Alpenpflanzen früher altern

Alpine Pflanzen, die früher mit dem Wachstum beginnen, werden auch früher alt. So wie die alpine Vegetation in diesen Behältern, die schon mehrere Monate vor der Schneeschmelze Sommerwetter ausgesetzt wurde (aufgenommen im Juli). Foto: Patrick Möhl, Uni Basel

Die Klimaerwärmung führt weltweit zu längeren Vegetationsperioden. Viele Pflanzen treiben im Frühling früher aus und profitieren im Herbst länger von warmen Temperaturen. So die gängige Meinung. Nun konnten Pflanzenökologinnen und –ökologen der Universität Basel jedoch zeigen, dass dies beim häufigsten Typ von alpinem Grasland in den Europäischen Alpen nicht der Fall ist: Früherer Austrieb führt zu früherer Alterung und daher zu "braunen Matten". Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forschenden im Fachjournal Nature Communications.

Quelle: Uni Basel

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Die Rolle der Flechten und Moose im Klimawandel

Flechten. Foto: Axel Kleidon, MPI Biogeochemie, Jena

Ein internationales Forschungsteam hat untersucht, welche Auswirkungen der Klimawandel auf Nicht-vaskuläre Vegetation (NVP, wie etwa Moose, Flechten, terrestrische Algen und Cyanobakterien) und ihre Funktionen in Ökosystemen weltweit haben könnte. Basierend darauf haben die Forschenden unter Leitung des Fachbereichs Biologie der Universität Hamburg ein Konzept entwickelt, in dem die nächsten wichtigen Schritte für das Forschungsgebiet vorgeschlagen werden. „Wir haben festgestellt, dass die Ökosystemfunktionen von NVP durch den Klimawandel wahrscheinlich erheblich beeinträchtigt werden und dass ein besseres quantitatives Verständnis einiger Schlüsselprozesse erforderlich ist, zum Beispiel das Potenzial zur Akklimatisierung, die Reaktion auf erhöhtes Kohlendioxid, die Rolle des Mikrobioms und die Rückkopplung von den Änderungen im Ökosystem auf das Klima. Wir schlagen einen integrativen Ansatz mit innovativen, methodenübergreifenden Labor- und Feldexperimenten und ökophysiologischer Modellierung vor, für den eine nachhaltige wissenschaftliche Zusammenarbeit bei der NVP-Forschung unerlässlich ist“, berichtet der Erstautor der Studie, Jun.-Prof. Dr. Philipp Porada vom Fachbereich Biologie der Universität Hamburg. Die Ergebnisse hat das Team in der Zeitschrift New Phytologist publiziert.

Quelle: Uni Hamburg beim idw

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Wie Pflanzen sich bei Eisenaufnahme vor oxidativem Stress schützen

Entwickeltes Arbeitsmodell: Durch die Verbindung von PATELLIN2 und IRT1 trägt Vitamin E (Tocopherol) während der Eisenaufnahme in der Wurzel von Arabidopsis thaliana zu verringertem oxidativem Membranstress bei. Grafik: Jannik Hornbergs, HHU

Ein interdisziplinäres Forschungsteam hat festgestellt, dass das Protein PATELLIN2 nicht nur den Eisenhaushalt in Pflanzen mitreguliert. Eisen ist ein Mikronährstoff, doch zu viel Eisen kann auch toxisch sein. PATELLIN2 gehört zu einer Gruppe von Proteinen, die auch am Vitamin-E-Transport im Menschen beteiligt sind. Die Ergebnisse, die ebenfalls für die Eisenversorgung des Menschen über pflanzliche Nahrung wichtig sind, stellen die Forschenden der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) in der Fachzeitschrift Plant Physiology vor.

Quelle: HHU

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Erst die Landwirtschaft macht das Unkraut

Wasserhanf beeinträchtigt das Maiswachstum (rechts) im Vergleich zu Pflanzen, die nicht mit Wasserhanf konkurrieren müssen (links). Foto und (C): Julia Kreiner, University of British Columbia

Intensive Landwirtschaft bewirkt einen evolutionären Wandel nicht nur auf dem Acker, sondern auch bei Wildpflanzen abseits der bewirtschafteten Felder. Eine in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Studie zeigt, wie der Aufstieg der modernen Landwirtschaft in Nordamerika den Raufrucht-Wasserhanf in ein landwirtschaftlich problematisches Unkraut verwandelt hat. Das internationale Forschungsteam u.a. mit Forschenden des Max-Planck-Instituts für Biologie Tübingen entdeckte seit der Intensivierung der Landwirtschaft in mehreren hundert Genen Mutationen, die in besserer Toleranz gegenüber Trockenheit, Herbizidresistenz und schnellerem Wachstum resultieren.

Quelle: MPI für Biologie Tübingen

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Einzellige Grünalge produziert das komplette Spikeprotein des Coronavirus

Das Team um Anna Kiefer und Justus Niemeyer setzt auf die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii, um das Spikeprotein zu produzieren. Foto: Koziel, TUK

Um medizinische Wirkstoffe herzustellen, kommen oft Mikroorganismen wie Bakterien zum Einsatz. Gerade bei komplexen Molekülen kommen sie aber an ihre Grenzen, da sie nicht in der Lage sind, sie zu synthetisieren. Eine Alternative stellt die einzellige Grünalgenart Chlamydomonas reinhardtii dar. Forschende der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) haben mit ihr erstmals das komplette Spikeprotein des Coronavirus produzieren können, das an menschliche Zellen dockt. Das war bislang so nicht möglich. Die Arbeit belegt, welche Rolle die Alge künftig bei der Wirkstoffproduktion spielen kann. Die Studie haben die Forschenden im September in der Fachzeitschrift Frontiers in Plant Science veröffentlicht und heute der Öffentlichkeit vorgestellt.

Quelle: TU Kaiserslautern

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Der Klimawandel in den Wäldern Norddeutschlands

Typischer Buchenwald in Norddeutschland: Die Forschenden entnahmen an insgesamt 30 Standorten Holzbohrkerne von dominanten Bäumen für ihre Studie. Foto: Banzragch Bat-Enerel

Immer mehr Bäume leiden an den Folgen des menschgemachten Klimawandels der vergangenen Jahrzehnte. Das Wachstum der Rotbuche – vor allem in Mitteleuropa zuhause und Deutschlands wichtigste heimische Waldbaumart – geht bislang vor allem im Süden Europas zurück. Ein Forschungsteam der Universität Göttingen konnte nun zeigen, dass die Rotbuche auch in Norddeutschland im Sommer unter zunehmendem Dürrestress leidet, wie sie im Fachmagazin Global Change Biology berichten.

Quelle: Uni Göttingen

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Abwehr von Schädlingen: Viele Pflanzen helfen sich selbst

Eine Meta-Analyse ergab erstmals, dass viele Pflanzenfamilien dieselben Abwehrmerkmale gegen bestimmte Insektengruppen einsetzen. So nutzen beispielsweise Kohlgewächse und Gräser ähnliche Strategien, um sich vor Blattläusen zu schützen. In der im Fachmagazin Scientific Reports erschienenen Studie schildern die Forschenden der Leibniz Universität Hannover außerdem, dass insektenresistente Pflanzen in der Regel einen höheren Gehalt an bestimmten organischen Chemikalien sowie eine höhere Dichte an haarähnlichen Strukturen (Trichomen) auf ihren Blättern aufweisen. Diese Abwehrstrategien scheinen es den Insekten zu erschweren, die Pflanze anzustechen oder zu sondieren und an den Pflanzensaft zu gelangen, und sie sind in der Regel gegen viele Arten von saugenden Insekten wirksam. Diese Gemeinsamkeiten deuten darauf hin, dass es möglich sein könnte, Pflanzensorten zu entwickeln, die eine breite Resistenz gegen Insekten aufweisen. Es sind jedoch eingehendere Studien auf Ebene der Pflanzen- und Insektenarten erforderlich, um festzustellen, ob verschiedene Insektenarten innerhalb derselben Familie oder Gruppe ähnlich auf die Pflanzenabwehr reagieren.

Quelle: Uni Hannover

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Wichtige Enzyme für Umweltanpassung von Pflanzen entdeckt

Forschende haben bislang unbekannte molekulare Mechanismen entdeckt, mit denen sich Pflanzen an ihre Umwelt anpassen. Das ist wichtiges Grundlagenwissen in Zeiten der Klimaveränderung. In der Arbeitsgruppe Physiologie und Biochemie der Pflanzen der Universität Konstanz ist es gelungen, erstmals zwei sogenannte deubiquitinierende Enzyme zu identifizieren, die am molekularen Mechanismus dieses Anpassungsprozesses beteiligt sind. Die Studie publizierten die Forschenden in Nature Communications.

Quelle: Uni Konstanz

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Pflanzen zwischen Licht und Schatten

Wie die Pflanzen ihre Photosynthese bei wechselnden Lichtbedingungen optimieren können, haben Forschende untersucht. Dabei deckten sie die Bedeutung zweier Schlüsselproteine für die dynamische Steuerung der Photosynthese in Arabidopsis thaliana auf. Wie sie zeigen, haben sowohl die Lichtmenge, als auch die Anzahl von Lichtveränderung einen starken Einfluss auf die Funktion der beiden Ionentransportproteine mit den Bezeichnungen VCCN1 und KEA3. Die Studie der Forschenden vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie erschien im Journal New Phytologist.

Quelle: MPI für für Molekulare Pflanzenphysiologie

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Biodiversität von Wiesen- und Weideflächen kann Gewinn für Natur, Landwirtschaft und Tourismus sein

Vogelbeobachtungen – wie hier in der Brandenburgischen Schorfheide – sind eine von insgesamt 16 Ökosystemleistungen, die in der Studie untersucht wurden. Foto: Peter Manning, SGN

Ein internationales Team um die Senckenberg-Forscher*innen Dr. Gaëtane Le Provost und Dr. Peter Manning hat in einer langangelegten Studie nachgewiesen, wie wichtig die Biodiversität von Wiesenflächen für ein breites Spektrum von Ökosystemleistungen und unterschiedliche Interessengruppen ist, vom Tourismus bis zur Landwirtschaft. Die jetzt in der Zeitschrift Nature Ecology & Evolution erschienene Studie weitet dabei erstmals den Blick auf insgesamt 16 Ökosystemleistungen – von ökologisch bis kulturell – und betrachtet die Biodiversität landwirtschaftlich genutzter Wiesen- und Weideflächen im großen Maßstab.  

Quelle: Senckenberg

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Weltkarte der Pflanzenvielfalt zusammengestellt

Globale Verteilung der phylogenetischen Vielfalt der Pflanzen, wie sie anhand der Verteilung von 300.000 Pflanzenarten in 830 regionalen Floren weltweit vorhergesagt wurde. Grafik: New Phytologist, https://doi.org/10.1111/nph.18533

Warum gibt es an manchen Orten mehr Pflanzenarten als an anderen? Warum ist die Vielfalt in den Tropen am größten? Welcher Zusammenhang besteht zwischen Artenvielfalt und Umweltbedingungen? Um diese Fragen zu beantworten, hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universität Göttingen die Verteilung von Pflanzenvielfalt auf der ganzen Welt rekonstruiert und hochauflösende Vorhersagen darüber gemacht, wie viele Pflanzenarten es wo gibt. Ihre Ergebnisse schildern sie im Fachmagazin New Phytologist.

Quelle: Uni Göttingen

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Wie Mangan an den Verbrauchsort kommt

Das Team koppelte ein fluoreszierendes Protein an den Mangan-Verteiler BICAT3, um dessen Aktivität in der Pflanze nachzuverfolgen. Die blauen Stellen zeigen, wo das Protein aktiv ist. Aufnahme: Jie He, MLU

In umfangreichen Experimenten an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana konnten die Forscherinnen und Forscher zeigen, dass das Protein BICAT3 dafür verantwortlich ist, dass Mangan an die richtigen Stellen in Pflanzenzellen transportiert wird. Ist es defekt, hat das einen verheerenden Einfluss auf das Wachstum der Pflanzen: Ihre Blätter sind deutlich kleiner und sie bilden weniger Samen als sonst. Die Transportwege für Mangan in Pflanzen und die Rolle von BICAT3 beschreibt das Team unter Leitung von Edgar Peiter von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) im Fachjournal Plant Physiology. Die Ergebnisse könnten eine Grundlage dafür darstellen, das Wachstum von Nutzpflanzen zu verbessern.

Quelle: MLU

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Grenzüberschreitender Datenfluss für die Flora des Böhmerwaldes

Das Resedablättrige Schaumkraut (Cardamine resedifolia)kommt nur noch als Relikt im Böhmerwald vor sowie in den Hochgebirgen Europas. Foto: W. Diewald, SNSB-BSM

Ein deutsch-tschechisches Forscherteam stellt eine neue binationale Dateninfrastruktur vor. Das Projekt „Flora des Böhmerwaldes“ erschloss wissenschaftliche Daten sowohl aus historischen Artenmonitoringprojekten beider Länder als auch neue Datenbestände zur aktuellen Pflanzenvielfalt des Böhmerwaldes. Die Daten sind online in deutscher und tschechischer Sprache verfügbar. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler*innen unter Federführung der Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns (SNSB) nun im Biodiversity Data Journal. Die Dienste werden in den nächsten Jahren im Rahmen des NFDI4Biodiversity-Konsortiums und des SNSB Projekts zur Flora von Bayern weiterentwickelt.

Quelle: SNSB

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Hauptursache für den Verlust der biologischen Vielfalt ist die Umwandlung von Wäldern und Grünland

Die Umwandlung von naturnahen Wäldern und Grünland in landwirtschaftliche Flächen ist hauptverantwortlich für den weltweiten Verlust der biologischen Vielfalt. Die ausbeuterische Nutzung wildlebender Tiere und Pflanzen ist zweitwichtigste Ursache, gefolgt von Umweltverschmutzung. Der Klimawandel ist bislang nur der viertstärkste Treiber. Dies zeigt eine internationale Studie unter der Leitung von Universidad Nacional de Córdoba (UNC), Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), iDiv und Natural History Museum London. Die im Fachmagazin Science Advances erschienene Studie macht deutlich, dass der Kampf gegen den Klimawandel allein nicht ausreicht, um den weiteren Verlust der biologischen Vielfalt zu verhindern.

Quelle: iDiv

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Herkunft, Umwelt, DNA: Epigenetik des Acker-Hellerkrauts

Aus Samen europaweiter Populationen des Acker-Hellerkrauts (Thlaspi arvense) wurden für die Studie Pflanzen im Gewächshaus unter standardisierten Bedingungen herangezogen. Foto: Dario Galanti

Um die Bedeutung epigenetischer Veränderungen für die Evolution von Pflanzen besser zu verstehen, untersuchte ein internationales Forschungsteam in einer europaweiten Studie zahlreiche Populationen des Acker-Hellerkrauts. Die Forscherinnen und Forscher verknüpften DNA-Sequenzen und Umweltdaten der Herkunftsorte mit der epigenetischen Variation dieser Wildpflanze. Ihren Ergebnissen zufolge wird ein großer Teil der epigenetischen Markierungen vor allem durch die DNA-Sequenz bestimmt. Ein Teil der epigenetischen Variation steht aber stark im Zusammenhang mit den klimatischen Bedingungen der Pflanzen-Herkunftsorte. Die Studie hat das Team unter der Leitung von Professor Oliver Bossdorf vom Institut für Evolution und Ökologie der Universität Tübingen in der Fachzeitschrift PLoS Genetics veröffentlicht. In der Landwirtschaft könnte das Acker-Hellerkraut künftig als Winterdeckfrucht und als Grundlage für Biokraftstoff an Bedeutung gewinnen.

Quelle: Uni Tübingen

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Freiland-Studie: Wie Licht die Pflanzenvielfalt im Grünland beeinflusst

Mithilfe von LED-Lampen manipulierten die Forschenden das Licht, um herauszufinden, unter welchen Bedingungen wuchsstarke Pflanzen die Oberhand gewinnen. Foto: André Künzelmann, UFZ

Durch überschüssige Nährstoffe und/oder das Fehlen von Pflanzenfressern gelangt weniger Licht in die untere Vegetationsschicht des Grünlands. Dann dominieren wenige wuchsstarke Arten und die Pflanzenvielfalt geht zurück. Dieser Zusammenhang wurde bislang nur indirekt hergestellt, aber nie experimentell im Freiland. Nun hat ein internationales Team, u.a. mit Wissenschaftler*innen des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), die dominierende Rolle der Lichtkonkurrenz experimentell belegen können und im Fachjournal Nature veröffentlicht.

Quelle: UFZ

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Photosynthese: Hilfsfaktor sorgt für effiziente Energiegewinnung

Auch wenn noch nicht klar ist, wie ATP-Synthasen in der Zelle aufgebaut werden, haben Forschende nun am Modellorganismus Arabidopsis thaliana die Rolle des Hilfsfaktors CGL160 aufgeklärt. Das Protein CGL160 übernimmt eine zentrale Rolle, indem es den Bestandteil CF1 (coupling factor 1) der ATP-Synthase rekrutiert. „Das Protein CGL160 sitzt mit seiner Basis in der Thylakoidmembran, während seine N-terminale Domäne wie eine Angel herausragt und den löslichen CF1 Teil der ATP-Synthasen aus der Flüssigkeit im Inneren der Chloroplasten fischt. Dieser Teil des Proteins bindet das CF1 ‚Köpfchen‘ und erleichtert die Verknüpfung mit dem in der Thylakoidmembran verankerten Teil der ATP-Synthase, was deren Bildung deutlich effizienter gestaltet“, erläutert Thilo Rühle, der die Ergebnisse gemeinsam mit Bennet Reiter und Prof. Dario Leister im Fachmagazin The Plant Cell schildert.

Quelle: LMU

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Wie Biotopdaten Wissenslücken zur Artenvielfalt schließen

Auch Trockene Sandheiden gehören zu den Biotopen, die in Hamburg anzutreffen sind. Foto: Christiane Buchwald

Die Daten aus Biotopkartierungen können dabei helfen, die Forschung zur Artenvielfalt voranzubringen. Die darin enthaltenen Angaben geben Aufschluss über die örtliche Entwicklung der Pflanzenwelt bis in die 1980er Jahre zurück – eine Zeit, aus der fast keine Quellen vorhanden sind. Wie diese Kartierungsdaten für die Forschung genutzt werden können, zeigt ein Team der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Hamburger Behörde für Umwelt, Klima, Energie und Agrarwirtschaft am Beispiel der Hansestadt. Die Auswertung im Fachjournal Ecosphere zeigt auch: Dort sind in den vergangenen Jahrzehnten artenreiche Lebensräume zugunsten von Bauland deutlich zurückgegangen.  

Quelle: MLU

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Neue Resistenzen von Wintergerste gegen Viren etabliert

Wintergerste. Fotos: R. Hoffie, IPK

Mit der Genschere Cas9 haben Forschende ein Gen in der Gerste so verändernt, dass für die Wintergerste neue Resistenzen gegen bedeutende Viren zur Verfügung stehen. Das berichten Forschende um Robert Hoffie aus der Arbeitsgruppe „Pflanzliche Reproduktionsbiologie“ des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben im Plant Biotechnology Journal. Die Ergebnisse sind vielversprechend: „Die gezielt veränderten Pflanzen waren im Gewächshausversuch nicht nur resistent gegen eine Infektion mit dem Gerstenmosaikvirus (BaMMV), sondern es gab auch keine negativen Auswirkungen auf Wachstum und Ertrag,“ fasst Hoffie zusammen. „Die Studie zeigt beispielhaft, wie wir das Material der Genbank heute mit überaus effizienten und präzisen biotechnologischen Werkzeugen wie der Genschere Cas9 für die Pflanzenzüchtung nutzen können“, kommentiert Dr. Jochen Kumlehn, Leiter der Studie und Leiter der Arbeitsgruppe „Pflanzliche Reproduktionsbiologie“. Zugleich öffnen sich mit den neuen Erkenntnissen auch weitere Forschungsansätze. So ist davon auszugehen, dass die Veränderung von PDIL-Genen auch in anderen Pflanzenarten zu Virusresistenzen führen kann.

Quelle: IPK (pdf)

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Vegetation reguliert Energieaustausch in der Arktis

Grasdominierte Tundra mit Zwergsträuchern im Nationalpark Kytalyk, in der sibirischen Arktis. Foto: Gabriela Schaepman-Strub, UZH

Die Klimaerwärmung lässt in der Arktis den Permafrost auftauen, Gletscher schmelzen und führt zu Vegetationsveränderungen, extremer Trockenheit und Feuern. Diese Entwicklungen hängen stark vom Energieaustausch zwischen Atmosphäre und Boden ab. Forscherinnen der Universität Zürich zeigen nun, dass unterschiedliche Pflanzengemeinschaften in der Tundra diesen Energieaustausch stark beeinflussen, in Klimamodellen aber nicht berücksichtigt werden. "Die Erkenntnisse zu den Energieflüssen in der Arktis sind besonders wichtig, da der Erhalt des Permafrostes insbesondere davon abhängt, wie gross der Wärmefluss in den Boden ist", sagt Professorin Gabriela Schaepman-Strub von der Universität Zürich (UZH). Die im Fachmagazin Nature Communications veröffentlichten Studiendaten ermöglichen es nun, die Auswirkungen der verschiedenen Pflanzengemeinschaften und ihrer räumlichen Verteilung in Klimavorhersagen aufzunehmen. So kann mit verfeinerten Klimamodelle berechnet werden, ob und wie stark die Tundren-Vegetation in der Arktis den Boden kühl halten kann.

Quelle: UZH

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Stoffwechselprodukt aus Granatapfel stärkt tumorbekämpfende Immunzellen im Labor

Granatäpfel enthalten ein Stoffwechselprodukt, das tumorbekämpfende T-Zellen stärkt. Foto: Markus Bernards

Wie eine Studie im präklinischen Modell sowie in Untersuchungen an menschlichen Immunzellen zeigen konnte, verbessert Urolithin A die Funktion von Immunzellen in ihrem Kampf gegen Krebs nachhaltig. Tumorbekämpfende T-Zellen werden nach einer Behandlung mit dem Stoffwechselprodukt aus Granatäpfeln zu T-Gedächtnisstammzellen, die aufgrund ihrer Teilungsfähigkeit ständig das Immunsystem mit verjüngten, nicht erschöpften T-Zellen versorgen. Das berichten Forschende aus dem Georg-Speyer-Haus in Frankfurt und der Goethe-Universität Frankfurt über ihr interdisziplinäres Projekt des LOEWE-Zentrums Frankfurt Cancer Institute über den neuen Ansatz zur Therapie von Darmkrebs im Fachjournal Immunity. Aufbauend auf den Erkenntnissen aus dem Labor planen die Forschenden die erfolgreiche Zusammenarbeit fortzuführen: Die Anwendung von Urolithin A soll in nächsten Schritten zur Therapie von Personen mit Darmkrebs im Rahmen von klinischen Studien untersucht werden.

Quelle: Uni Frankfurt

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Mehr Biomasse, weniger Artenvielfalt

Untersuchungsfläche im Jena-Experiment, eines der weltweit ältesten Biodiversitätsexperimente. Hier der Plot des NutNet-Experiments. Foto: Anne Ebeling

Forschende finden die Ursachen für den Artenrückgang in Pflanzengemeinschaften im Grasland durch menschengemachte Nährstoffeinträge. Bei verstärkten Nährstoffeinträgen im Grasland gehen über längere Zeiträume mehr Arten verloren als neu hinzukommen. Außerdem siedeln sich weniger neue Arten an als unter natürlicher Nährstoffverfügbarkeit. Diese neuen Erkenntnisse erklären, weshalb Nährstoffüberschüsse die Pflanzenvielfalt im Grasland verringern. Dass Nährstoffüberschüsse die Artenvielfalt reduzieren, ist lang bekannt, jedoch war bislang unklar, wie es dazu kommt. Mit ihrem weltweiten Experiment tragen die Forschenden unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) wesentlich dazu bei, die Reaktion von Ökosystemen auf menschlich verursachte Nährstoffeinträge zu verstehen. Die Ergebnisse hat das Team in der Fachzeitschrift Ecology Letters veröffentlicht.

Quelle: iDiv

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Globale Vegetationskarten aus Handy-Daten

Die Ergebnisse zeigen, welches Potenzial die Nutzung von Bürgerdaten, z. B. von iNaturalist, für die Kartierung von Pflanzenmerkmalen auf globaler Ebene hat. Foto: Tony Iwane, iDiv

Infomationslücken in globalen Karten zu Pflanzenmerkmalen können mit Daten aus Naturbestimmungsapps geschlossen werden. Dies konnten Forschende der Universität Leipzig, des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und weiterer Einrichtungen mit Daten der beliebten App iNaturalist zeigen. Ergänzt mit Daten zu Pflanzenmerkmalen ergeben iNaturalist-Daten wesentlich präzisere Karten als bisherige Ansätze, die auf Extrapolation kleiner Datenbanken basieren. Die neuen Karten bilden unter anderem eine verbesserte Grundlage für das Verständnis von Pflanzen-Umwelt -Interaktionen und zur Erdsystemmodellierung. Die Studie wurde in Nature Ecology and Evolution veröffentlicht.

Quelle: iDiv

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Feenkreise: Pflanzen organisieren sich selbst

Drohnenaufnahme eines Autos im NamibRand-Naturreservat, eine der Feenkreisregionen in Namibia, wo die Forschenden Gräser, Bodenfeuchte und Infiltration untersuchten (April 2022). Aufnahme: Dr. Stephan Getzin

Fast ein halbes Jahrhundert lang haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler über den Ursprung der Feenkreise in Namibia gerätselt. Zwei Haupttheorien lauteten: Entweder waren Termiten dafür verantwortlich, oder die Pflanzen organisierten sich irgendwie selbst. Jetzt hat ein Forschungsteam der Universität Göttingen von zwei außergewöhnlich guten Niederschlagsperioden in der Namib-Wüste profitiert: Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler konnten zeigen, dass die Gräser innerhalb der Feenkreise unmittelbar nach dem Regen abstarben, aber Termitenaktivität nicht die Ursache für die kahlen Flecken war, wie sie in der Fachzeitschrift Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics berichten.

Quelle: Uni Göttingen

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Reparatur-Trupp im Moos funktioniert auch im Menschen

Der Editor PPR56, der im Laubmoos Physcomitrium patens für die Korrektur zweier verschiedener RNA-Abschriften in Mitochondrien zuständig ist, editiert in menschlichen Zellen mehr als 900 unterschiedliche RNA-Abschriften aus dem Zellkern. Grafik: Elena Lesch, Uni Bonn

Wenn in lebenden Zellen alles rund laufen soll, dann müssen die Erbinformationen stimmen. Doch leider häufen sich im Laufe der Zeit durch Mutationen Fehler in der DNA an. Landpflanzen haben einen eigenartigen Korrekturmodus entwickelt: Sie verbessern nicht direkt die Fehler im Erbgut, sondern aufwändig in jeder einzelnen Abschrift. Forschende der Universität Bonn haben diese Korrekturmaschine aus dem Laubmoos Physcomitrium patens im Labor in menschliche Zellen verpflanzt. Überraschenderweise nahm der Korrektor auch dort die Arbeit auf, aber nach eigenen Regeln. Die Ergebnisse hat das Team um Mareike Schallenberg-Rüdinger nun im Journal Nucleic Acids Research veröffentlicht.

Quelle: Uni Bonn

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Mehr Verlierer: Wie sich die Pflanzenvielfalt in Deutschland in den letzten 100 Jahren verändert hat

Die Kornblume gehört zu den "Verlierern", ihr Bestand ist in den vergangenen 100 Jahren stark zurückgegangen. Foto: André Künzelmann, UFZ

In Deutschlands Pflanzenwelt hat es in den letzten einhundert Jahren deutlich mehr Verlierer als Gewinner gegeben. Während die Bestände vieler Arten geschrumpft sind, konnten einige ihre Vorkommen massiv ausweiten. Gewinne und Verluste sind also sehr ungleich verteilt. Das aber ist ein Indiz für einen großräumigen Verlust an Artenvielfalt, warnt ein Forschungsteam um Dr. Ute Jandt und Prof. Dr. Helge Bruelheide von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und dem Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) im Fachjournal Nature Scientific Data.

Quelle: MLU

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Neuer Stop in der zellulären Müllabfuhr

Der pflanzliche Autophagie-Adaptor CFS1 ist an der äußeren Autophagosomenmembran lokalisiert. Aufnahme: Dagdas Lab. (c): ©Dagdas/JCB/GMI

Ein „Nabe und Speiche"-System ermöglicht es Pflanzenzellen, den zellulären Transport effizient zu koordinieren. Dies gilt insbesondere für den Autophagie-Prozess, die zelluläre Müllabfuhr. Spezialisierte Vesikel, die Autophagosomen, verschlingen schädliche Moleküle und transportieren sie in die Vakuole, wo sie abgebaut werden. Auf diesem Weg reifen die Autophagosomen durch molekulare Mechanismen, die in Pflanzen wenig erforscht sind. Forschende des Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (GMI) liefern neue Erkenntnisse über diese Mechanismen. Ihre Ergebnisse haben sie im Journal of Cell Biology veröffentlicht.

Quelle: GMI

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Pflanzen messen im Boden verfügbare Mangankonzentration mit der Wurzel

Arabidopsis-Pflanzen bei Manganmangel; die Veränderungen der zytoplasmatischen Kalziumkonzentration wurden mithilfe des Kalzium-Biosensors GCaMP6f-mCherry sichtbar gemacht. Aufnahmen: AG Kudla, WWU

Ein deutsch-chinesisches Forschungsteam hat bei der Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) erstmals gezeigt, wie Pflanzen einen Manganmangel wahrnehmen und welche Prozesse auf molekularer Ebene in der Pflanze stattfinden. Das Forschungsteam um Prof. Dr. Jörg Kudla vom Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) wiesen nach, dass eine bisher unentdeckte Zellgruppe in der Pflanzenwurzel dabei eine entscheidende Rolle spielt. Dies schildern sie im Fachblatt PNAS. Von den Ergebnissen erhoffen sich die Wissenschaftler*innen perspektivisch Ansätze, um Pflanzen gegen Manganmangel widerstandsfähiger zu machen. Manganmangel kommt häufig in alkalischen und kalkhaltigen Böden vor.

Quelle: WWU

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Koloniales Erbe Europas prägt bis heute die Pflanzenwelt

Durch koloniale Handelspolitik wurden die Floren besetzter Gebiete geprägt, diese Veränderungen sind bis heute sichtbar und finden teils immer noch statt. Das stellte ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Biodiversitätsforscher Bernd Lenzner und Franz Essl von der Universität Wien fest. Die Pflanzenwelten in Gebieten, die ehemals von der gleichen Kolonialmacht besetzt wurden, ähneln einander heute noch stark. Diese Ähnlichkeit nimmt zudem mit der Länge der ehemaligen Besetzung zu. Die neuen Erkenntnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Ecology and Evolution veröffentlicht.

Quelle: Uni Wien

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Wege der molekularen Evolution der Zellteilungskontrolle entdeckt

Ein internationales Forschungsteam hat das Protein „Survivin“ in Pflanzen identifiziert, welches zum Auffinden von Verwandten dieses Proteins in vielen Eukaryonten geführt hat. „Survivin“ ist für die Verankerung der Chromosomen bei der Zellteilung essenziell und wurde bisher nur in Pilzen und Tieren gefunden. Die Studie hat das Team um den Hamburger Entwicklungsbiologen Prof. Dr. Arp Schnittger des Fachbereichs Biologie der Universität Hamburg nun in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) publiziert.

Quelle: Uni Hamburg beim idw

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Katzenminze und Erbsenblattlaus bilden auf unterschiedliche Art und Weise das gleiche chemische Molekül

Katzenminze (links) und Erbsenblattläuse auf einer Ackerbohne (rechts). Fotos: Phil Robinson vom John Innes Centre (Norwich, Großbritannien) und Anna Schroll

Katzenminze und Erbsenblattlaus bilden den Wirkstoff Nepetalacton, auch wenn die Pflanze und das Insekt die Biosynthese dieses Iridoids unabhängig voneinander entwickelten: Die einzelnen Biosyntheseschritte scheinen zwar identisch zu sein, aber die Enzyme, die sie katalysieren, sind unterschiedlich. Damit gelang es den Forschenden am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie erstmals, den Biosyntheseweg eines derart komplexen Moleküls in einem Tier zu entschlüsseln, worüber sie im Fachmagazin PNAS berichten.

Quelle: MPI für chemische Ökologie

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Photosystem I kann auch als Dimer vorkommen

Die Pflanzenforscherinnen und -forscher um die Professoren Michael Hippler von der Westfälischen-Wilhelms-Universität (WWU) Münster und Alexey Amunts von der Universität Stockholm zeigten erstmals, dass zwei pflanzliche Photosystem-I-Monomere sich als Dimer zusammenlagern können und beschreiben die molekulare Struktur dieser neuartigen molekularen Maschine. Sie haben diesen Proteinkomplex in nie zuvor gesehener Präzision untersucht. Die Ergebnisse, die in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Plants veröffentlicht sind, ermöglichen molekulare Einblicke in den Photosynthese-Prozess in nie zuvor gesehener Präzision. Sie könnten helfen, die Reduktionskraft (also die Bereitschaft, Elektronen abzugeben) des Photosystems I beispielsweise zur Produktion von Wasserstoff als Energieträger in Zukunft effizienter zu nutzen.

Quelle: WWU

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Zurück in die Zukunft der Photosynthese

Künstlerische Darstellung der Ur-Rubiscos vor und nach der Entwicklung einer neuen Untereinheit, wobei Sauerstoff- und Kohlendioxidmoleküle zu ihren aktiven Zentren strömen. Grafik: Dr. Georg Hochberg, Mx-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie

Forschende rekonstruierten uralte Enzyme und zeigen so, wie sich die Photosynthese an das Auftreten von Sauerstoff anpassen konnte. Dazu rekonstruierten sie Milliarden Jahre alte dieser zentralen Enzyme der Photosynthese, Rubisco, die das häufigste Enzym der Erde darstellen. Im Fachmagazin Science schildern die Forschenden des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie in Marburg eine der wichtigsten Anpassungen der frühen Photosynthese. Ihre Ergebnisse liefern nicht nur Erkenntnisse zur Evolution der modernen Photosynthese, sondern auch ganz neue Ansätze für ihre synthetische Verbesserung.

Quelle: MPI für terrestrische Mikrobiologie

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Erstmals Klassifizierung aller Lebensräume der Erde vorgelegt

Von Wäldern über Steppen bis hin zu Mooren, Meeren und vielen mehr – die globale Vielfalt der Lebensräume ist überwältigend. Bis vor Kurzem gab es jedoch kein umfassendes, wissenschaftliches Klassifizierungssystem dieser Vielfalt. Ein internationales Forscher*innenteam unter Beteiligung von Franz Essl vom Department für Botanik und Biodiversitätsforschung der Universität Wien veröffentlicht nun in Nature erstmals eine Klassifizierung der Lebensräume der Erde. Die Wissenschafter*innen liefern damit eine wesentliche Grundlage für den dringend nötigen besseren Schutz von Lebensräumen.

Quelle: Uni Wien

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Extremer Salzstress löst Blätterbewegung aus

Forschende haben eine Methodik entwickelt, mit der sich einfach und schnell erfassen lässt, wie Pflanzen den Salzeintrag in ihren Blättern unschädlich machen. Wie sie zeigen, ist der auf Kalziumionen basierende Salzschutz-Mechanismus in Bezug auf die Salzstressbewältigung in Blättern nicht weiter zu halten. Die Salzentgiftungsmechanismen in Blättern besser zu verstehen, könnte helfen, neue Strategien zur Erzeugung von salztoleranten Kulturpflanzen zu entwickeln. Über ihre Ergebnisse berichtet das Team um Prof. Dr. Rainer Hedrich von der Universität Würzburg im Fachmagazin New Phytologist.  

Quelle: Uni Würzburg

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Wie unsere Vorfahren die heimische Flora nutzten

Die Wildkräuter des armenischen Hochlands sind auch heute noch vielfältig nutzbar. Foto: Alexander Gonschior, Forschungsprojekt ROCEEH (The Role of Culture in Early Expansions of Humans)

Die DNA aus Sedimenten gibt Auskunft über den Gebrauch von Pflanzen durch Menschen der Altsteinzeit. Unter der Leitung der Universität Oslo hat ein internationales Forschungsteam aus den Sedimenten der armenischen „Aghitu-3“-Höhle Pflanzen-DNA extrahiert und analysiert. Die Höhle wurde vor etwa 40.000 bis 25.000 Jahren von Menschen des Jungpaläolithikums als Unterschlupf genutzt. Eine detaillierte Auswertung der DNA zeigt, dass die Hölen-Bewohnenden zahlreiche Pflanzenarten zu verschiedenen Zwecken genutzt haben könnten. Insgesamt 43 Pflanzenordnungen konnten die Forschenden identifizieren – bis auf fünf sind diese für die Nutzung durch den Menschen geeignet. Einige der Pflanzen haben medizinische Eigenschaften, während andere als Nahrungsmittel, Aromastoffe oder Mückenschutzmittel verwendet werden können. Die Funde von DNA aus Pflanzen, die Farbstoffe oder Fasern liefern, lassen vermuten, dass die Menschen in dieser Region Pflanzen zur Herstellung von Nähgarnen oder Schnüren und zum Auffädeln von Muschelperlen verwendet haben. Die Studie, an der auch Forschende des Senckenberg Forschungsinstituts und Naturmuseen beteiligt waren, erschien kürzlich im Fachmagazin Journal of Human Evolution.

Quelle: Senckenberg

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Kristallspuren in fossilen Blättern

In lebenden Pflanzen können Kalziumoxalat-Kristalle unter dem Mikroskop bizarre Formen annehmen (v. links: Hainbuche, Knopfmangrove, australische Brennnessel). Aufnahmen und (c): Madieh Malekhosseini, Uni Bonn

In fossilen Blättern sind unter dem Mikroskop oft rätselhafte Strukturen sichtbar. Forschende haben nun erstmals zeigen können, dass sie von Kalziumoxalat-Kristallen stammen. Die Entdeckung der Geowissenschaftler*innen erleichtert einerseits die Bestimmung der uralten pflanzlichen Überreste. Sie liefert aber auch Antworten darauf, wie die Fähigkeit entstanden ist, derartige Kristalle zu bilden, und welche Funktion sie vermutlich übernehmen. Von den Fossilien nacktsamiger Pflanzen wie Tannen oder Kiefern wusste man bereits, dass sie mitunter Abdrücke von Kalziumoxalat-Kristallen aufweisen. Von Bedecktsamern wie Blumen und Laubbäume war das jedoch nicht bekannt. Die Ergebnisse sind der Forschenden der Universität Bonn eröffnen ein neues Forschungsfeld und jetzt in der Zeitschrift Scientific Reports erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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Schädlinge werden zu Pflanzenbestäubern

Bestäubende Weichwanzen auf weiblichen Blüten von Syngonium hastiferum. Foto und (c): Florian Etl

Einem internationalen Forschungsteam ist es erstmals gelungen, eine wichtige Hypothese zur Diversität der Bestäubung durch Tiere zu bestätigen: Pflanzenschädlinge können im Lauf der Evolution zu nützlichen Bestäubern werden. Die Pflanzenforschung nennt diese Hypothese antagonist capture. Dabei "schnappen" sich die Pflanzen durch evolutive Anpassungen in den Blüten oder Blütenständen einen Schädling und machen ihn zu einem Bestäuber. Diese Theorie ist nun erstmals an einem Aronstabgewächs (Araceae) aus der Gattung Syngonium in Costa Rica bestätigt worden. Die Untersuchungen, die auch ein völlig neues Bestäubungssystem und einen bisher unbekannten Blüten-Duftstoff ans Licht brachten, haben die Forschenden um Florian Etl und Jürg Schönenberger (Universität Wien), Stefan Dötterl und Mario Schubert (Universität Salzburg) sowie Christian Kaiser und Oliver Reiser (Universität Regensburg) im Fachblatt Current Biology publiziert.

Quelle: Uni Wien

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Alte und exotische Sorten für den umweltfreundlichen Weizenanbau

Feld am Leibniz Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK). Foto: C. Martin, IPK

Viele alte und exotische Sorten enthalten wertvolle Gen-Varianten, die modernen Sorten verloren gegangen sind, aber für die Pflanzenproduktion der Zukunft entscheidend sein können. Wie dieser Schatz biologischer Vielfalt bei Weizen für die Landwirtschaft erschlossen werden kann, schildern Forschende des Leibniz Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in einer Studie im Fachmagazin Nature Genetics.

Quelle: IPK (pdf)

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Landrechte und Entwaldung sind eng verknüpft

Die Abholzung tropischer Wälder führt zu einem starken Rückgang der Biodiversität und der hiesigen Kohlenstoffspeicher. Forschende vom Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Universität Leipzig haben nun den Zusammenhang zwischen Landrechten und der Entwaldung in Brasilien genauer untersucht. Im Fachmagazin Nature Communications zeigen sie auf, dass schlecht definierte Landrechte Hand in Hand mit einer erhöhten Abholzungsrate gehen. Eine Privatisierung dieser Gebiete, wie sie in den Tropen häufig vorangetrieben wird, kann jedoch nur dann Abhilfe schaffen, wenn sie unter strengen Umweltauflagen geschieht.

Quelle: iDiv

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Biodiversitätstrend der Schweizer Flora relativiert

Bisherige Naturschutzmaßnahmen steigern kaum die Artenvielfalt heimischer Pflanzen mit spezialisierter Bestäubungsbiologie. Ökologische Untersuchungen relativieren positiven Biodiversitätstrend in der Schweizer Flora. Eine Studie eines deutsch-schweizerischen Forschungsteams der Universitäten in Bonn, Zürich und Basel sowie des Naturkundemuseums Stuttgart (SMNS) liefert im Fachmagazin BMC Ecology & Evolution Hinweise für Naturschutzmaßnahmen in Mitteleuropa.

Quelle: Naturkundemuseum Stuttgart

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Mehr als „Superfood“: Wasserlinsen speichern Seltene Erden

In Asien wird die Wasserlinse, ebenfalls bekannt als „Entengrütze“, seit langem auch als Nahrungsmittel genutzt. Die Arbeitsgruppe CritMET: Critical Metals for Enabling Technologies der Jacobs University Bremen fand nun heraus: Wasserlinsen sind nicht nur nährstoffreich, sie speichern außerdem in besonders hohem Maße Seltene Erden. Über ihre Ergebnisse berichten die Forschenden vor Kurzem im Fachjournal Science of The Total Environment.

Quelle: Jacobs University Bremen

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Algen als winzige Bioraffinerien

Die Doktorandin Natalie Schunck und Professor Stefan Mecking vom Fachbereich Chemie der Universität Konstanz haben eine Möglichkeit eröffnet, den Schritt der Aufwertung nachhaltiger Rohstoffe deutlich effizienter zu gestalten. Es ist ihnen erstmalig gelungen, geeignete synthetische Katalysatoren in die einzelligen Kieselalgen einzuschleusen – und zwar dorthin, wo diese ihre Lipide erzeugen und speichern, wie sie im Fachblatt Angewandte Chemie berichten.

Quelle: Uni Konstanz

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Mehrjährige Blühstreifen in Kombination mit Hecken unterstützen Wildbienen in Agrarlandschaften am besten

Mehrjährige Blühstreifen ziehen über die Jahre verschiedene Bienengemeinschaften an. Foto: Vivien von Königslöw, Uni Freiburg

Landwirt*innen sollten ein Netzwerk aus mehrjährigen Blühstreifen in Kombination mit Hecken schaffen, um Wildbienen ein kontinuierliches Blütenangebot zu bieten. Zu dieser Empfehlung kommen die Ökolog*innen Dr. Vivien von Königslöw, Dr. Felix Fornoff und Prof. Dr. Alexandra-Maria Klein vom Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften an der Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen der Universität Freiburg nach ihren Untersuchungen in Apfel-Plantagen in Süddeutschland. Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten sie im Journal of Applied Ecology.

Quelle: Uni Freiburg

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Pflanzenzucht: Mit “unsichtbaren” Chromosomen positive Eigenschaften gemeinsam vererben

Normalerweise erfolgt der genetische Austausch von väterlichen und mütterlichen Eigenschaften über die ganze Länge eines Chromosoms. Durch das Invertieren des größten Teils (gelb) des Chromosoms mit Hilfe der molekularen Schere CRISPR/Cas kann dieser Austausch nun auf die beiden äußersten Enden beschränkt werden (violett und blau). Abbildung: Michelle Rönspies, KIT

Bei der Pflanzenzucht können einzelne positiver Eigenschaften verloren gehen, wenn die entsprechenden Gene auf einem Chromosom weit auseinander liegen. Um sie zukünftig gemeinsam vererben zu können, haben Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik & Kulturpflanzenforschung (IPK) nun mit CRISPR/Cas neun Zehntel eines Chromosoms „umgedreht“ und damit genetisch stillgelegt. Die auf diesem Teil liegenden Eigenschaften werden für den genetischen Austausch unsichtbar und so unverändert weitervererbt. Über ihre Ergebnisse berichten die Forschenden um Professor Holger Puchta vom Botanischen Institut des KIT in Nature Plants.

Quelle: KIT

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Fucoxanthin-Biosynthese in Kieselalge entschlüsselt

In den braun gefärbten Kieselalgen absorbiert das Carotinoid Fucoxanthin grünes Licht und überträgt die Energie auf fotosynthetische Chlorophylle, die einen Teil der Energie als rotes Fluoreszenzlicht abstrahlen (rechts). Zellen der grünen Mutante fehlt Fucoxanthin und sie zeigen daher in grünem Licht eine deutlich schwächere Chlorophyllfluoreszenz (links). Foto und (c): Martin Lohr und Christof Rickert

Die Biosynthese des Lichtsammelcarotinoids Fucoxanthin ist unerwartet komplex und enthält drei bisher nicht beschriebene Carotinoide als Zwischenstufen. Ausgangspunkt sind Pigmente zum Schutz gegen hohe Lichtintensitäten. Das berichten Forschende der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Die die Arbeitsgruppen von Dr. Martin Lohr an der JGU, Prof. Dr. Graham Peers an der Colorado State University in Fort Collins, USA, und Prof. Dr. Xiaobo Li an der Westlake University in Hangzhou, China, haben den Biosyntheseweg dieses weitverbreiteten Pigmentes in Kieselalgen weitgehend aufgeklärt. Dazu haben sie in der Kieselalge Phaeodactylum tricornutum mit der Genschere CRISPR/Cas9 gezielt Gene für Kandidatenenzyme ausgeschaltet, die eine Ähnlichkeit zu Enzymen mit bereits bekannter Funktion in der Carotinoidbiosynthese von Landpflanzen aufweisen.

Quelle: JGU

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Entwicklung und ökologischer Wettbewerb mehrzelliger Lebenszyklen

Volvox Tochterkolonien innerhalb einer Volvox Mutterkolonie. Foto: Frank Vox

Konkurrenz zwischen verschiedenen evolutionären Entwicklungsstadien mehrzelliger Lebenszyklen kann für die Entwicklung einer gesamten Population wichtig sein. Ohne direkte Konkurrenz entscheidet nur die Wachstumsrate einer Population, welcher Lebenszyklus sich durchsetzt. Eine ökologische Konkurrenz dagegen kann zur Selektion von völlig anderen Lebenszyklen führen. Das zeigen Berechnungen in einer neuen Studie des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie in Tübingen, die im Fachmagazin eLife erschien.  

Quelle: MPI für Biologie

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Junge Gene passen sich schneller an als Alte

Auf dem Weg zum Fitness-Gipfel: Je jünger die Gene desto schneller passen sie sich an. Grafik und (c): MPI für Evolutionsbiologie

Das Alter eines Gens bestimmt, wie schnell es sich anpasst. Diese Erkenntnisse demonstrieren, wie die Evolution der Gene als "adaptiver Spaziergang" durch die Zeit verläuft, berichten Forschende des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie in Plön und der University of Sussex in Großbritannien im Fachmagazin PLoS Biology. Anhand von zwei verschiedenen Arten, der Fruchtfliege Drosophila melanogaster und der kleinen Blütenpflanze Arabidopsis thaliana, zeigte die Studie, dass das Alter eines Gens die Geschwindigkeit der molekularen Anpassung erheblich beeinflusst und dass Mutationen in jungen Genen tendenziell größere Auswirkungen haben. Diese Ergebnisse liefern den ersten eindeutigen empirischen Beweis dafür, dass die molekulare Evolution über einen langen Zeitraum hinweg einem adaptiven Wanderungsmodell folgt, und ergänzen die vor fast 100 Jahren vorgeschlagene Theorie der Fitnesslandschaft um eine neue Beweislage.

Quelle: MPI für Evolutionsbiologie

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Miscanthus und Wildblumen für nachhaltige Bioenergie vom Acker

Wildblumen-Mischungen für die Bioenergie: Miscanthus und Rainfarn auf dem Goldenen Acker der Universität Hohenheim. Foto: Moritz von Cossel, Uni Hohenheim

Ein Plus für die Artenvielfalt – und zugleich bessere Verbrennungseigenschaften, so die Idee: Blühpflanzen wirken sich bei der Energieerzeugung mit Miscanthus rundum positiv aus. Das hochwachsende Gras ist eine wichtige Biomasse-Pflanze in der Bioökonomie, besonders auch zur Energiegewinnung. Um die biologische Vielfalt zu fördern, könnte Miscanthus gemeinsam mit einheimischen, mehrjährigen Blühpflanzen wie Rainfarn, Beifuß, Wilde Karde und Gelber Steinklee angebaut werden. Ein Team von Forschenden der Universität Hohenheim in Stuttgart, des Forschungszentrums Jülich und der Hunan Agricultural University in China hat nun untersucht, wie sich – neben dem Plus für das Ökosystem – die vier ausgewählten Wildpflanzenarten als Additive auf die Verbrennung von Miscanthus zur Energieerzeugung auswirken. Erste Ergebnisse sind Ende August in der Fachzeitschrift Renewable and Sustainable Energy Reviews erschienen und heute der Öffentlichkeit vorgestellt worden.

Quelle: Uni Hohenheim

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Trinkwasserqualität leidet unter klimawandelbedingtem Waldverlust

Die Rappbodetalsperre im Harz ist von Wäldern umgeben und die größte Trinkwassertalsperre Deutschlands. Foto: André Künzelmann, UFZ

Das in Talsperren gespeicherte Wasser sichert unsere Trinkwasserversorgung. Gute Wasserqualität ist dafür wichtig – wird aber durch den Klimawandel stark gefährdet. Ein Forschungsteam des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) konnte in einer Modellstudie an der Rappbodetalsperre im Harz zeigen, wie sich der klimabedingte Waldverlust etwa durch Waldbrände im Einzugsgebiet der größten Trinkwassertalsperre Deutschlands auf die Wasserqualität auswirken kann. Solche indirekten Folgen des Klimawandels seien ein stark unterschätztes Problem, mahnen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Fachjournal Water Research an.

Quelle: UFZ

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Landwirtschaft ist verantwortlich für mehr als 90 Prozent der tropischen Entwaldung

Eine in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Studie stellt fest, dass die globale Landwirtschaft für 90 bis 99 Prozent der gesamten tropischen Entwaldung verantwortlich ist. Allerdings führt nur die Hälfte bis zwei Drittel davon zu einer Ausweitung der aktiven landwirtschaftlichen Produktion. Für einen effektiven Kampf gegen die tropische Entwaldung muss auch der indirekte Einfluss der Landwirtschaft berücksichtigt werden, resümieren die Forschenden in der internationalen Studie mit Beteiligung der Humboldt-Universität zu Berlin.

Quelle: HU Berlin

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Spiegelmoleküle verraten Trockenstress von Wäldern

Geschlossener, künstlicher Regenwald im Biosphäre 2-Komplex in Arizona: Ein Forschungsteam des MPIs für Chemie, der Universität Freiburg und der Universität von Arizona setzte den Wald drei Monate lang unter Trockenstress. Foto: Joseph Byron, MPI für Chemie

Weltweit geben Pflanzen etwa 100 Millionen Tonnen an Monoterpenen an die Atmosphäre ab. Zu diesen flüchtigen organischen Molekülen zählen viele Duftstoffe wie beispielsweise das Molekül Pinen, das für seinen frischen Kiefernduft bekannt ist. Da diese Moleküle sehr reaktiv sind und winzige Aerosolpartikel bilden können, die zu Kondensationskernen für Regentropfen anwachsen können, spielen die natürlichen Emissionen eine wichtige Rolle für unser Klima. Für Klimavorhersagen ist es daher wichtig zu wissen, wie sich Monoterpen-Emissionen bei steigenden Temperaturen verändern werden. Wie bei Pinen kommen viele Monoterpene in zwei spiegelbildlichen Formen vor, den chiralen bzw. enantiomeren Formen. In einer neuen Studie, die diese Woche in Nature veröffentlicht wurde, konnten Forschende unter Leitung des Mainzer Max-Planck-Instituts für Chemie zeigen, dass die beiden spiegelbildlichen Moleküle über verschiedene Prozesse in der Pflanze freigesetzt werden und dass sie unterschiedlich auf Stress, insbesondere bei Trockenheit, reagieren. Beteiligt waren auch Forschende aus Freiburg, Edinburgh, Basel und den USA.

Quelle: MPI für Chemie

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Was zur Verholzung auf Inseln führt

Eines der eindrücklichsten Beispiele für verholzte Pflanzen bietet Wildprets Natternkopf (Echium wildpretii subsp. Wildpretii) auf den Kanarischen Inseln. Die Art kommt ausschließlich auf den hochgelegenen Flanken des Vulkans Teide auf Teneriffa vor. Foto: Frederic Lens

Verstärkte Trockenheit, das Fehlen von Fressfeinden und Abgeschiedenheit bilden die wichtigsten Gründe dafür, dass Pflanzen auf Inseln dazu neigen, zu verholzten Wuchsformen überzugehen. Daneben wirken jedoch auch andere Faktoren darauf hin, eine krautige Form aufzugeben – je nach Lage der Inseln, auf der die betroffenen Arten heimisch sind. Das hat eine deutsch-niederländische Forschungsgruppe unter Federführung des Marburger Biologen Professor Dr. Alexander Zizka herausgefunden, indem sie Daten von 375 Inseln zusammengetragen und analysiert hat. Das Team berichtet in der Wissenschaftszeitschrift PNAS über seine Ergebnisse.

Quelle: Uni Marburg

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Auen verbessern die Wasserqualität von Flüssen

Viele Flüsse sind durch Stickstoffeinträge belastet. Wie groß diese Einträge sind, in welchem Umfang sie abgebaut werden und welchen Anteil die Auengebiete daran haben, hat ein internationales Forschungsprojekt unter Beteiligung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) nun erstmals für das Donau-Einzugsgebiet untersucht. Die im Fachmagazin Science of The Total Environment veröffentlichten Ergebnisse zeigen, wie sinnvoll die großräumige Renaturierung von Flussauen für eine bessere Wasserqualität ist.

Quelle: IGB

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Stammesgeschichte der Jochalgen aufgeklärt

Vereinfachter Stammbaum von Jochalgen (Zygnematophyten) und Landpflanzen. Grafik: Uni Köln

Ein internationales Team hat die Stammesgeschichte der Jochalgen (Zygnematophyten) aufgeklärt. Die Ergebnisse entschlüsseln die internen Beziehungen der Zygnematophyten mithilfe modernster phylogenomischer Analysen und zeigen die mehrfache Entstehung von Mehrzelligkeit. Die Ergebnisse der Studie A phylogenomically informed five-order system for the closest relatives of land plants wurden von Forscherinnen und Forschern der Universitäten Köln und Göttingen geleitet und in der Zeitschrift Current Biology veröffentlicht.

Quelle: Universität zu Köln

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Erste globale Klimarisikokarte für den Wald

Wälder können zur Lösung des Klimaproblems beitragen, solange die globale Erwärmung mit ihren Dürren, Waldbränden und Ökosystemveränderungen – wie hier durch Borkenkäfer - sie nicht zuerst zerstört. Forschende quantifizierten jetzt das Risiko für die Wälder durch den Klimawandel. Foto: Rupert Seidl, TUM

Der Klimawandel bringt Wälder zunehmend unter Druck. Ausgelöst durch Klimaextreme sind in Mitteleuropa in den letzten Jahren große Waldflächen abgestorben. Forschende unter Beteiligung der Technischen Universität München (TUM) haben nun die erste Klimarisikokarte für die Wälder der Erde erstellt. Diese zeigt: Neben Mitteleuropa sind Wälder im Westen Nordamerikas sowie der südliche Teil des borealen Nadelwaldgürtels und der östliche Amazonas besonders gefährdet. Darüber berichten sie im Fachmagazin Science.

Quelle: TUM

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Überlebenskünstler: Warum Farne Gene horten

International zusammenarbeitenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ist es in jahrelanger Forschungsarbeit gelungen, ein Farngenom zu sequenzieren und zu interpretieren. Foto: Clemens Rössner, Institut für Botanik, JLU Gießen

Farnpflanzen enthalten riesigen Mengen an DNA. Eine Farnpflanze, die man in einem Topf mit dem Durchmesser eines Suppentellers ziehen könnte, hält den „Weltrekord“ für die höchste Anzahl an Chromosomen: 720 Chromosomenpaare finden sich in jedem einzelnen Zellkern. Die Frage, warum Farne DNA „horten“, gab den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern bislang Rätsel auf. Nach jahrelangen aufwändigen Forschungsarbeiten ist es nun Forschenden aus 28 über die Welt verteilten Institutionen gelungen, ein Farngenom trotz seiner beeindruckenden Größe zu sequenzieren und interpretieren. Die Ergebnisse sind jetzt unter dem Titel Dynamic genome evolution in a model fern in der Fachzeitschrift Nature Plants erschienen. Beteiligt an der Publikation sind u.a. Prof. Dr. Annette Becker und Clemens Rössner vom Institut für Botanik der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU).

Quelle: JLU

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Große Pflanzenvielfalt ist oft auf kleinstem Raum zu finden

Diese Wiese in Rumänien gehört zu den artenreichsten Regionen der Erde - 2009 fand ein Forschungsteam hier 98 Pflanzenarten. Foto: Jürgen Dengler

Im ersten Moment klingt die Aussage fast kurios, ist aber wahr: Die Steppen Osteuropas beherbergen ähnlich viele Pflanzenarten wie Regionen des Amazonasregenwaldes. Das zeigt sich aber nur, wenn Forschende die Arten nicht nur auf großen Flächen von vielen Hektar zählen. Warum sich das Zählen auch auf viel kleineren Flächen im Bereich von wenigen Quadratmetern bis einigen Hundert lohnt, zeigt jetzt ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig im Fachjournal Nature Ecology & Evolution. Für die Studie analysierte das Team einen Datensatz von rund 170.000 Vegetationsaufnahmen aller Klimazonen der Erde. Bei der Auswertung zeigte sich, dass es Gebiete auf der Erde gibt, bei denen relativ große Untersuchungsflächen das Bild verzerren können: In den Steppen Osteuropas und Sibiriens oder den europäischen Alpenländern etwa lässt sich auf kleinen Flächen eine verhältnismäßig hohe Artenvielfalt feststellen. Die großen Unterschiede zwischen den Tropen, wie dem Amazonasgebiet, und den gemäßigten Klimazonen verschwinden demnach auf einer feinen räumlichen Skala fast ganz.

Quelle: MLU

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Die Verwandtschaft der Wachsblumen

Wachsblume namens Hoya cumingiana. Foto: Ulrich Meve

Vor rund 33 Millionen Jahren entstanden Wachsblumen und eine Reihe mit ihnen verwandter Pflanzengattungen. Kurz darauf haben sie sich in drei unabhängige Entwicklungslinien aufgespalten, wie eine neue internationale Studie zeigt, die von der Bayreuther Pflanzensystematikerin Prof. Dr. Sigrid Liede-Schumann geleitet wurde. Insgesamt entwickelten sich 37 Gattungen und rund 740 Arten, die in den Tropen und Subtropen weltweit verbreitet sind. Erst die Verknüpfung herkömmlicher morphologischer Untersuchungen mit neuen molekulargenetischen Analyseverfahren ermöglichte eine korrekte taxonomische Beschreibung und Zuordnung der Pflanzengruppe. In der Zeitschrift Taxon sind die Forschungsergebnisse veröffentlicht.

Quelle: Uni Bayreuth

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Pflanzen können die Intensität von Salzstress messen

Als unmittelbare Reaktion auf erhöhte Salzkonzentrationen erhöht sich die Kalziumkonzentration im Zytosol einer spezifischen Gruppe von Zellen innerhalb einer Minute. Darstellung in Falschfarben; rot (höchste Konzentration) > gelb > grün > blau. Aufnahmen: AG Kudla, WWU

Salzstress löst in einer speziellen Zellgruppe der Pflanzenwurzel Kalziumsignale aus. Die „natriumempfindliche Nische“ der Zellen beschreibt ein Team um Prof. Dr. Jörg Kudla der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster im Fachmagazin Developmental Cell. Das Forschungsteam identifizierte darüber hinaus einen Schaltermechanismus zur Anpassung an unterschiedliche Stärken von Salzstress in dem ein bestimmtes kalziumbindendes Protein (CBL8), besonders zur Salztoleranz unter starken Salzstressbedingungen beiträgt.

Quelle: WWU

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Meerestrauben: gesunde Algen-Delikatesse aus dem Ozean

Meerestrauben, hier aus einer Aquakultur in Vietnam. Foto: Lara Stuthmann, ZMT

Wie im Hinblick auf die Ernährung die Qualität von Algenprodukten noch verbessert werden kann, zeigt eine neue Studie des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) anhand der Meerestrauben. Die Studie über die aus dem Indopazifik stammende Algenart wurde im Fachjournal Algal Research veröffentlicht.

Quelle: ZMT

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Wenn Mütter die Gene der Väter im Embryo komplett abschalten

Chromosomen eines Marchantia-Embryos in der Metaphasenplatte während der Zellteilung. Aufnahme und (c): Berger und Montgomery, GMI

Beim Menschen und bei vielen anderen Arten beeinflussen sowohl die von der Mutter als auch die vom Vater vererbten Gene die Entwicklung des Embryos. Beim Lebermoos Marchantia polymorpha übernimmt die Mutter die totale Kontrolle, wie Forschende aus der Gruppe von Frédéric Berger am Wiener Gregor Mendel Institut herausgefunden haben. In ihrer im Fachjournal eLife veröffentlichten Studie zeigt die Gruppe, dass die Mutterpflanze beim Lebermoos die väterlichen Gene in ihren Embryonen vollständig deaktiviert, damit deren Entwicklung fehlerfrei ablaufen kann. "Wir fanden heraus, dass Marchantia die väterlichen Chromosomen im Embryo noch vor der Verschmelzung des väterlichen und mütterlichen Genoms vollständig ausschaltet. Auf diese Weise bewahrt Marchantia selbst während des kurzen Stadiums, in dem es diploid wird, eine funktionelle Haploidie,“ sagt Erstautor Sean Montgomery. „Die Entwicklung des Embryos hängt also ausschließlich von der Expression der mütterlichen Gene ab. In gewisser Weise haben die mütterlichen Gene die totale Kontrolle. Eine Behinderung dieses Prozesses führt zur Expression der väterlichen Gene und damit zum Tod des Embryos,“ ergänzt Berger.

Quelle: GMI

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Wie Pflanzen just-in-time Chlorophyll produzieren

Pflanzen regulieren die Bildung von Chlorophyll durch eine Kontrolle der beteiligten Enzyme. Modell des multimeren Proteinkomplexes. Grafik: Sinha et al., The Plant Cell, 2022

Wie schaffen es Pflanzen, immer ausreichende Mengen Chlorophyll zur Verfügung zu haben? Das hat eine Gruppe Forschender um Prof. Bernhard Grimm von der Humboldt-Universität zu Berlin untersucht. Seit vielen Jahren nimmt die Forschung an, dass die ersten Enzymschritte funktionell und strukturell zusammengehalten werden müssen, um Synthese von Chlorophyll effizient zu regulieren. Diesen Beweis erbrachte nun Neha Sinha aus der Arbeitsgruppe Pflanzenphysiologie in Zusammenarbeit mit Forschenden der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster. Wie sie im Fachjournal The Plant Cell berichten, gewährleistet das GluTR-Bindeprotein den Zusammenhalt der beiden ersten Enzyme, Glutamyl-tRNA Reduktase (GluTR) und Glutamat-1-Semialdehyd Aminotransferase. Ein Dimer dieses Bindeproteins sorgt für den Aufbau eines multimeren Proteinkomplexes, an dem zwei Moleküle der GluTR und vier Moleküle der GSAAT beteiligt sind (siehe Abbildung). Damit ist eine wirkungsvolle Weiterleitung der Metabolite zwischen den beiden Enzymen und ebenso eine genaue Kontrolle der Enzymaktivitäten möglich.

Quelle: HU Berlin

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Bestimmung der Spezifität von Zielgenen über Protein-Protein-Wechselwirkungen

Wie Proteine in regulatorischen Netzwerken zusammenarbeiten, um die Aktivität bestimmter Zielgene zu koregulieren, haben die Forschungsgruppen von George Coupland und Jijie Chai des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) und der Universität zu Köln entschlüsselt. Im Fachjournal Nature Plants schildern sie, wie eine bestimmte Protein–Protein-Interaktion Gene in Arabidopsis durch Beeinflussung der DNA-Konformation kooperativ steuert. Die Ergebnisse tragen dazu bei, zu verstehen, wie Transkriptionsfaktoren in anderen Entwicklungskontexten regulatorische Spezifität erreichen können.

Quelle: MPIPZ

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Neue Orchideenart in Tansanias Bergen entdeckt

Charakteristisch für die neu entdeckte Orchideenart Rhipidoglossum pareense sind ihre zahlreichen glitzernden, vergleichsweise kleinen Blüten. Foto: Andreas Hemp

Eine neue nur wenige Zentimeter großen Orchidee haben Forschende in der Zeitschrift Kew Bulletin vorgestellt. Ihre weißen Blüten scheinen zu glitzern, wenn man die Orchidee gegen das Sonnenlicht hält. Entdeckt hat sie der Bayreuther Biologe PD Dr. Andreas Hemp bei Forschungsarbeiten im Nebelwald in einer Höhe oberhalb von 1.500 Metern und gemeinsam mit seinem britischen Kollegen Dr. Phil Cribb von den Royal Botanical Gardens in Kew, London, wissenschaftlich beschrieben.

Quelle: Uni Bayreuth

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Wie ein Schadpilz Maispflanzen wehrlos macht

Das Molekül Topless (TPL) unterdrückt in der Pflanze normalerweise den Auxin-Signalweg (AUX). Die fünf Tip-Effektoren des Pilzes heben diese Hemmung auf, sodass die Maiszellen wachsen und sich teilen können. Grafik und (c): Armin Djamei, Uni Bonn

Mit welch chirurgischer Präzision der Pilz Ustilago maydis Maispflanzen wehrlos macht, zeigen Forschende der Uni Bonn in der Fachzeitschrift New Phytologist. Das Team analysierte, wie der Pilz die Wucherungsprozesse in Mais fördert. Sie konnten fünf Gene identifizieren, mit denen der Pilz den Auxin-Signalweg der Wirtspflanze manipuliert. Diese fünf Erbanlagen, Tip1 bis Tip5 genannt, bilden ein Cluster. Die von den fünf Tip-Erbanlagen produzierten Moleküle können an das Topless-Protein der Maispflanze binden. Topless ist eine zentrale Schaltstelle, die sehr verschiedene Signalwege in der Pflanze unterdrückt. Die Pilzeffektoren, die von den fünf Tip-Genen produziert werden, heben diese Unterdrückung auf – und zwar ganz spezifisch für Signalwege, die dem Pilz nützen, beispielsweise den Auxin-gesteuerten Wachstumssignalweg. Andere von Topless kontrollierte Signalwege werden dagegen nicht beeinflusst. „Der Pilz agiert bildlich gesprochen mit chirurgischer Präzision“, betont Prof. Dr. Armin Djamei, der am INRES-Institut der Universität Bonn die Abteilung Pflanzenpathologie leitet. Beteiligt an der Forschung waren auch das Gregor Mendel Institut (GMI) in Wien sowie das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben.

Quelle: Uni Bonn

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Globale Studie erforscht und gewichtet Ursachen für die Vielfalt von Baumarten

Standortbedingungen wie Klima und Bodenverhältnisse, aber auch der Einfluss des Menschen sind maßgeblich für die Artenvielfalt eines Waldes, wie hier in den Südpare-Bergen in Tansania. Foto: Andreas Hemp

Die Anzahl der Baumarten in äquatornahen Regionen ist signifikant höher als in den weiter nördlichen und südlichen Regionen der Erde. Eine in Nature Ecology and Evolution veröffentlichte internationale Studie untersucht die Ursachen hierfür mit einer zuvor nicht erreichten Genauigkeit. Sie betont, dass die Vielfalt der Baumarten in den Tropen nicht allein von bioklimatischen Faktoren abhängt. Die Studie basiert auf einer Kooperation von 222 Universitäten und Forschungseinrichtungen. Seitens der Universität Bayreuth ist PD Dr. Andreas Hemp beteiligt, der seit mehr als 30 Jahren die Vegetation in Bergregionen Ostafrikas erforscht.

Quelle: Uni Bayreuth

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Wie Kalzium-Ionen in die Kraftwerke von Pflanzenzellen gelangen

Mikroskopische Aufnahme der Mitochondrien in einer Wurzelspitze von Arabidopsis thaliana. Der Innenraum der Mitochondrien (Matrix) ist durch ein fluoreszierendes Protein markiert. Aufnahme: Jan-Ole Niemeier aus der Schwarzländer-Arbeitsgruppe

Forschende haben erstmals nachgewiesen, über welche molekulare Maschinerie Kalzium-Ionen in die Mitochondrien von Pflanzenzellen aufgenommen werden. Der lebenswichtige Signalstoff ist offenbar an der Regulation des Hormons Jasmonsäure beteiligt, das etwa die Berührungsempfindung von Pflanzen steuert. Die Studie des universitätsübergreifenden Teams geführt von Prof. Dr. Markus Schwarzländer von der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster veröffentlichte die Ergebnisse in der Zeitschrift The Plant Cell.

Quelle: Uni Münster

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Wie Pflanzen ihren Zuckerhaushalt regulieren

Mit diesen winzig kleinen Arabidopsis-Keimlingen beginnt die Arbeit im Labor. Foto: Klaus Hagemann, RUB

Als wichtige Nährstoffe vermitteln Metalle, beispielsweise Kupfer, die Funktionen vieler Proteine. Ist dieses Element Mangelware, können Pflanzen seine Aufnahme steigern und schalten auf kupferunabhängigere Stoffwechselwege um. Entscheidend dafür ist das Protein Squamosa Promoter-Binding Protein-Like 7, kurz SPL7. Es gehört zu der Gruppe von Proteinen, die regulieren können, welche Gene verstärkt abgelesen und welche Proteine somit vermehrt hergestellt werden. Wie Forschende der Ruhr-Universität Bochum (RUB) nun herausfanden, ist SPL7 zusätzlich für den Energiestoffwechsel unerlässlich. Das berichtete ein Team um Prof. Dr. Ute Krämer vom Lehrstuhl für Molekulargenetik und Physiologie der Pflanzen der RUB gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen der Max-Planck-Institute für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln und für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam in der Zeitschrift The Plant Cell am 22. Juli 2022. Das verbesserte Verständnis wie Pflanzen ihren Zuckerhaushalt steuern "kann für die Entwicklung von neuen pflanzenbasierten biotechnologischen Verfahren nützlich sein“, sagt Ute Krämer. „Die Erkenntnisse könnten auch helfen, landwirtschaftliche Erträge auf Kupfermangelböden zu steigern.“

Quelle: RUB

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Evolution im Zeitraffer durch alternative Chromosomen-Organisation

Im Gegensatz zu monozentrischen Chromosomen (links), bei denen ein einziges Zentromer die beiden Schwesterchromatiden miteinander verbindet, bestehen holozentrische Chromosomen (rechts) aus Hunderten von Zentromeren. Grafik: André Marques, hergestellt mit BioRender.com

Forschende haben tiefgreifende Auswirkungen einer atypischen Organisation von Chromosomen auf die Genomorganisation und Evolution aufgedeckt. Ihre Ergebnisse schildert das Team unter der Leitung von André Marques vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln (MPIPZ) jetzt in der Zeitschrift Cell. Unsere Studie zeigt, so Marques, "dass der Übergang zu einer holozentrischen Chromosomenarchitektur die Art und Weise, wie Genome organisiert und reguliert werden, stark beeinflusst hat und dass sich Genome durch die Verschmelzung ihrer Chromosomen schnell weiterentwickeln können". Die Ergebnisse zeigen vielversprechende Ansätze für die Pflanzenzüchtung, die in der Regel auf die Fähigkeit angewiesen ist, Gene zwischen Chromosomen und Organismen auszutauschen. "Holozentrische Pflanzen ermöglichen den Austausch von Genen in der Nähe der Zentromere, was bei monozentrischen Arten normalerweise unterdrückt wird. Wenn wir verstehen, wie holozentrische Pflanzen dies tun, könnten wir diese Gene in monozentrischen Arten „freischalten“ und sie für die Züchtung von leistungsfähigeren, widerstandsfähigeren Pflanzenarten zugänglich machen."

Quelle: MPIPZ

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Nimmt Phytoplankton mehr CO2 auf als gedacht?

Phytoplankton. Aufnahme: Annegeret Stuhr, GEOMAR

Phytoplankton benötigt zum Wachsen Licht und Nährstoffe. Beides gemeinsam in ausreichender Menge ist für die mikroskopischen Algen im Ozean aber selten zu finden. In den oberen Wasserschichten fehlen ihnen in der Regel die Nährstoffe, weiter unten das Licht. Eine neue Studie unter Leitung des Helmholtz-Zentrums Hereon sagt nun: Phytoplankton kann zwischen tieferen Schichten und der Wasseroberfläche hin- und herwandern. Sollte sich das bestätigen, hätte es enorme Konsequenzen für die Kalkulationen der natürlichen Kohlenstoffpumpe und damit auch für aktuelle Berechnungen des Kohlenstoffbudgets. Die Ergebnisse der Studie wurden heute in der Fachzeitschrift Nature Climate Change veröffentlicht.

Quelle: Helmholtz-Zentrum Hereon

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Krebstiere "bestäuben" Rotalgen im Wasser

Junge Baltische Meerassel (Idotea balthica). Aufnahme: Wilfried Thomas, Station Biologique de Roscoff (SRB)

Bis vor Kurzem bestand die Annahme, dass eine Bestäubung durch Tiere ausschließlich Pflanzen an Land vorbehalten ist. Ein internationales Forschungsteam hat nun herausgefunden, dass kleine Meereskrustentiere die Vermehrung von Rotalgen fördern, indem sie das Sperma von den männlichen zu den weiblichen Organismen weitertragen. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass Meerestiere schon viel länger als Arten an Land eine Rolle bei der Befruchtung spielen. Die Ergebnisse publizierte das Team, an dem auch das Max-Planck-Institut für Biologie Tübingen beteiligt war, im Fachmagazin Science. Auf Youtube veröffentlichte das Team ein kurzes Video (https://youtu.be/kGT8K2MvlTM) mit den Krebsen.

Quelle: MPI für Biologie

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Madagaskar: Nachhaltiger Vanille-Anbau auf Brachflächen

Blühende Vanillepflanze. Foto: Uni Göttingen

Artenvielfalt erhalten und gleichzeitig die wirtschaftliche Lebensgrundlage von Kleinbäuerinnen und Kleinbauern beim Vanille-Anbau auf Madagaskar sichern – das ist laut einer Studie der Universitäten Göttingen, Marburg und Hohenheim möglich. Wie das Forschungsteam im Fachjournal Nature Communications zeigt, unterscheidet sich der Ertrag von Vanille-Plantagen, die auf brachliegendem Land angelegt wurden, nicht von denen, die im Wald angelegt wurden. Durch den Anbau werde zudem die Artenvielfalt auf den Flächen erhöht.

Quelle: Uni Göttingen (pdf)

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Wie frühe Landwirte Roggenpflanzen genetisch unflexibler machten

Im Laufe vieler Tausend Jahre hat der Mensch aus dem Roggen eine Kulturpflanze gemacht und dabei dessen genetische Flexibilität erheblich eingeschränkt. Wilder Roggen verfügt heute nicht nur über ein vielfältigeres Erbgut, sondern können dieses auch freier durchmischen als seine domestizierten Verwandten. Das zeigt ein Forschungsteam unter Leitung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK -> pdf-Datei) in einer neuen Studie im Fachjournal Molecular Biology and Evolution. Die Ergebnisse erklären auch, warum der Kulturroggen schlechter gegen Entwicklungen wie den Klimawandel gewappnet ist als wild lebende Arten.

Quelle: MLU

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Resistenz gegen Mosaikkrankheit in Maniok aufgeklärt

Die Pflanze links ist von DNA-Geminiviren befallen, welche die Maniok-Mosaikkrankheit verursachen. Die Staude rechts ist gesund. Foto: Wilhelm Gruissem, ETH Zürich

Forschende haben das Gen identifiziert und im Fachmagazin Nature Communications vorgestellt, das in gewissen Maniok-​Kultivaren eine Resistenz gegen die gefürchtete Maniok-​Mosaikkrankheit vermittelt. Das internationale Forschungsteam unter Federführung von Wilhelm Gruissem, Professor für Pflanzenbiotechnologie der ETH Zürichder ETH Zürich, zeigt gemeinsam mit Kolleg*innen aus den USA und Uganda, dass für die in einem westafrikanischen Maniok-​Kultivar beobachtete Resistenz gegen das Maniok-​Mosaikvirus tatsächlich nur ein einziges Gen zuständig ist. Dieses Gen stellt den Bauplan für eine DNA-​Polymerase dar. Für die Züchtung Virus-resistenter Maniok-Pflanzen ist das ein wichtiger Schritt.

Quelle: ETH Zürich

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Mehr Arten als bisher angenommen könnten vom Aussterben bedroht sein

Die Umfrage sollte auch in der globalen Literatur unterrepräsentierten Experten, etwa aus dem globalen Süden, und vor allem Frauen eine Stimme geben. Collage: Andy Underwood Bultmann, iDiv

Im Mittel 30 Prozent aller Arten weltweit sind in den letzten 500 Jahren vom Aussterben bedroht oder bereits ausgestorben. Dies ergaben Schätzungen von 3.331 Expertinnen und Experten, die die biologische Vielfalt in 187 Ländern analysieren. Diese große und diverse Expertengruppe wurde im Rahmen einer Umfrage, geleitet von Forschenden der Universität Minnesota und unter Beteiligung von iDiv und der Universität Leipzig, gebeten, Einschätzungen zum Wandel der von ihnen beforschten Arten zu geben. Die Ergebnisse sollen Wissenslücken bestehender wissenschaftlicher Bewertungen der globalen Biodiversität verringern und so die Wissensbasis für politische Entscheidungen verbessern. Die Studie wurde in der Zeitschrift Frontiers in Ecology and the Environment veröffentlicht.

Quelle: iDiv

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Invasive Zistrose bedroht Korkeichen in Portugal

Korkeichen zwischen invasiven Zistrosen in Portugal. Foto: Simon Haberstroh, Uni Freiburg

Korkeichen, die von Zistrosen umzingelt sind, ändern bei Trockenheit im Sommer ihre Wassernutzungsstrategie und verbrauchen weniger Wasser. Dadurch nimmt die Korkeiche weniger Kohlenstoff auf, was zu einem verringerten Wachstum führt. „Bisher war wenig darüber bekannt, dass die Konkurrenz um Wasser zwischen Pflanzen zu solch einer veränderten Wassernutzungsstrategie führen kann,“ erklärt Erstautor Dr. Simon Haberstroh. Sein Team und das um Prof. Dr. Christiane Werner von der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg publizierte die Ergebnisse im Fachjournal Functional Ecology. "Bei anhaltendem und wiederkehrendem Trockenstress wird sich dieses Verhalten höchstwahrscheinlich langfristig negativ auswirken und könnte zu dem bereits beobachteten Rückgang der Korkeichen beitragen,“ befürchtet Haberstroh.

Quelle: Uni Freiburg

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Diphthamid auch in Pflanzen

Das Biomolekül Diphthamid war bislang nur bei Tieren und Hefepilzen nachgewiesen. Nun hat ein Forschungsteam um Prof. Dr. Ute Krämer, Inhaberin des Lehrstuhls Molekulargenetik und Physiologie der Pflanzen der Ruhr-Universität Bochum (RUB), di Substanz auch in Pflanzen nachgewiesen. Beim Menschen kann es bei Infektionen mit Diphtherie für lebensbedrohliche Komplikationen sorgen. In Pflanzen trägt es zur Funktion der Translationsmaschinierie bei und ist durch Umweltstress beeinflussbar, berichten sie gemeinsam mit Kolleg*innen aus Kassel und Berlin Anfang der Woche im Fachmagazin Nature Communications.

Quelle: RUB

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Ursachen von Blaualgenblüten in der Ostsee

Die Satellitenaufnahme der European Space Agency (ESA) zeigt eine typische Spätsommerblüte von Algen in der zentralen Ostsee vor Gotland. © Contains modified Copernicus Sentinel data (2019), processed by ESA, Licence CC BY-SA IGO 3.0

Sommerblüten von Cyanobakterien, auch Blaualgen genannt, sind maßgeblich an der Eutrophierung und der damit verbundenen Sauerstoffarmut in der Ostsee beteiligt. Laut einer Studie in Nature Scientific Reports haben die ausgedehnten Blaualgenblüten ihren Ursprung in der offenen Ostsee statt, wie oftmals angenommen, nahe der Küste. Dr. Ulrike Löptien und Dr. Heiner Dietze von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) werteten dazu Daten aus Modellen, Beobachtungen und Satelliten aus. Alle Ergebnisse deuten darauf hin, dass komplexe Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Arten von Phytoplankton eine wichtige Rolle für die Entstehung der Blaualgenblüten spielen. Dagegen seien Hypothesen über sehr einfache direkte Zusammenhänge zwischen Nährstoffzusammensetzung des Meerwassers und Blaualgenblüten eher skeptisch zu bewerten. Blaualgenblüten stehen im Verdacht, durch die Klimaerwärmung häufiger aufzutreten und damit die Wasserqualität der Ostsee stark zu gefährden.

Quelle: CAU

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Proteinfaltung in Zeiten von Sauerstoffmangel

Arabidopsis-Wildtyp-Pflanzen und ero1 ero2-Mutanten nach vier Tagen Überflutung (= Sauerstoffmangel) und einer anschließenden sechstägigen Erholungszeit. Die Doppelmutanten zeigen sehr deutlich erkennbare Schäden. Grafiken: José Ugalde, Uni Bonn

Damit Eiweiße richtig funktionieren brauchen sie die richtige Form. Bei ihrer Herstellung am Endoplasmatischen Retikulum (ER) werden ihre Bausteine daher auf ganz spezifische Weise miteinander verknüpft. Forschende der Universität Bonn haben nun einen zentralen Schritt herausgefunden, wie die Proteinfaltung durch Sauerstoffmangel in der Pflanze Arabidopsis thaliana beeinflusst wird. Ihre Studie publizierten sie gemeinsam mit Forschenden der Universitäten Münster, Bielefeld und der TU Kaiserslautern im Fachmagazin Plant Cell. Langfristig könnten ihre Ergebnisse daher möglicherweise zur Entwicklung von Pflanzensorten beitragen, die mit einem kurzzeitigen Sauerstoffmangel besser zurechtkommen.

Quelle: Uni Bonn

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News · Forschungsergebnis

Wie Auxin das Pflanzenwachstum regelt

PILS6-Proteine (grün) in der Wurzelspitze. Aufnahme: Elena Feraru, Universität für Bodenkultur Wien

Einen grundlegenden Kontrollmechanismus für das Hormon Auxin haben Forschende im Fachmagazin Development geschildert. Sie zeigen, wie Auxin das Wachstum von Pflanzen in Abhängigkeit von Umweltbedingungen steuert und wie Pflanzen bei schwankenden Umweltveränderungen dennoch wachsen können. „Die Konzentration von Auxin wirkt entscheidend auf das Pflanzenwachstum, schwankt aber gleichzeitig stark, da es durch so viele verschiedene Faktoren beeinflusst wird,“ erklärt Prof. Dr. Jürgen Kleine-Vehn von der Universität Freiburg. „Die Pflanzenzelle braucht also Kontrollprozesse um solche Schwankungen auszugleichen.“ Einen solchen Kontrollprozess entdeckten die Forschenden nun, als sie den Einfluss der sogenannten PILS Proteine auf Auxin gemeinsam mit Kolleg*innen von der Universität für Bodenkultur in Wien untersuchten. Auxin selbst beeinflusst, wie viel PILS6 vorhanden ist, wodurch sich ein regulatorischer Mechanismus ergibt. Bei zu hohen Auxin-Konzentrationen gibt es mehr PILS6, das wiederum mehr Auxin in das ER transportiert und so stummschaltet. Bei niedrigen Auxin-Leveln nimmt die Menge an PILS6 ab und mehr Auxin kann in den Kern gelangen. Das erklärt, warum nicht jede Schwankung der Auxin-Konzentration das Wachstumsprogramm einer Pflanze verändert.

Quelle: Uni Freiburg

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News · Forschungsergebnis

Schlüssel-Gen für die Zellteilung klassifiziert

Das Gen KINETOCHORE NULL2 (KNL2) spielt nicht nur für den Einbau des Histons CenH3 in das Zentromer von Chromosomen - und damit für die Zellteilung - eine wichtige Rolle, sondern auch für die Erzeugung von Doppelhaploiden, mit denen die Erzeugung homozygoter Linien für die Pflanzenzüchtung erheblich beschleunigt werden kann. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) hat die Evolutionsgeschichte des Gens rekonstruiert und es erstmals klassifiziert. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Molecular Biology and Evolution veröffentlicht worden.

Quelle: IPK (pdf)

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News · Forschungsergebnis · Politik

Neue Bewertungsindikatoren für marine Ökosysteme entwickelt

Mangroven, Korallenriffe und Salzwiesen liegen zu mehr als 40 % in geschützten Gebieten. Dagegen liegen beispielsweise Seeberge häufig in Gebieten außerhalb nationaler Gerichtsbarkeit und sind bislang daher nicht geschützt. Foto: Octavio Aburto-Oropeza

Ein internationales Team hat neue Bewertungs- und Überwachungsindikatoren zum Schutz von Meeres- und Küstengebieten entwickelt. Wie es im Fachjournal Scientific Data zeigt, gibt es große Lücken beim Schutz mariner Ökosysteme. Laut dem Forschungsteam mit Senckenberger Beteiligung hätten beispielsweise Hochseegebiete ein hohes Erhaltungspotential für die Artenvielfalt – Schutzgebiete gebe es hier aber kaum. Die Daten sollen helfen, die – von der Vertragsstaatenkonferenz für biologische Vielfalt aktuell diskutierte – Ausweitung von Schutzgebieten auf 30 Prozent sinnvoll einzusetzen.

Quelle: Senckenberg

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News · Forschungsergebnis

Die Immunabwehr regulierende natürliche Moleküle entdeckt

TIR Enzyme produzieren Botenstoffe, die zwei Wege der Immunität regulieren. Grafik: Wen Song, Aolin Jia, Shijia Huang, Giuliana Hessler and Henriette Laessle, MPIPZ

In zwei Studien haben Forschende des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln zusammen mit Kolleg*innen aus China zwei Klassen natürlicher, zellulärer Moleküle entdeckt. Diese steuern zentrale Immunantworten von Pflanzen, wie sie in der Zeitschrift Science (DOI: 10.1126/science.abq8180 und DOI 10.1126/science.abq3297) darlegen. Die Verbindungen weisen alle Merkmale von kleinen Botenstoffen auf, die Knotenpunkte der Abwehr gegen mikrobielle Schaderreger aktivieren. Die Nutzung dieser Erkenntnisse öffnet neue Perspektiven, Moleküle zu entwickeln, die Nutzpflanzen widerstandsfähig gegen Pflanzenkrankheiten machen.

Quelle: MPIPZ

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News · Forschungsergebnis

Biosynthese von Strychnin geklärt

Der Brechnussbaum Strychnos nux-vomica. Foto: Danny Kessler, MPI für chemische Ökologie

Forschende aus Jena zeigen in der Fachzeitschrift Nature, wie die Gewöhnliche Brechnuss Strychnin bildet. Einem Forschungsteam am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena ist es gelungen, den kompletten Biosyntheseweg für die Bildung von Strychnin in der Pflanzenart Strychnos nux-vomica (Brechnussbaum) nachzuvollziehen. Die Forschenden identifizierten alle an der Biosynthese von Strychnin und weiteren Stoffwechselprodukten beteiligten Gene und exprimierten sie in der Modellpflanze Nicotiana benthamiana. Damit konnte das Team um Benke Hong und Sarah O’Connor zeigen, dass diese äußerst komplexen und pharmakologisch wichtigen Moleküle mittels Metabolic Engineering-Methoden hergestellt werden können.

Quelle: MPI für chemische Ökologie

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Pflanzen und Ökosysteme werden im Klimawandel immer durstiger

The Endless Seasonal Cycle. Foto: Madeleine Nicolas; via imaggeo.egu.eu, CC-BY 3.0

Wichtige Leistungen von Ökosystemen werden künftig zunehmend von der Wasserverfügbarkeit abhängen. Anhand aktueller Simulationen mit Klimamodellen fand ein internationales Forschungsteam mehrere Regionen, in denen Wasser zunehmend die Ökosysteme limitiert. Darunter auch Zentraleuropa, der Amazonas und West-Russland. Gesunde Ökosysteme sind für die Gesellschaft lebenswichtig, da sie mehrere wichtige Funktionen erfüllen, z. B. Nahrungs- und Wasserversorgung, Bindung von anthropogen freigesetzten Treibhausgasen und Kühlung der Umwelt. Ihre Ergebnisse veröffentlichte das internationale Team im Fachmagazin Nature Climate Change. "Wir haben festgestellt, dass die Ökosysteme weltweit immer durstiger werden, sie werden immer stärker von Wasser abhängig", sagt Dr. Jasper Denissen, ehemals Doktorand am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena und Erstautor der Studie.

Quelle: MPI für Biogeochemie

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Sechs Grundsätze für die EU-Agrarpolitik, um den Biodiversitätsverlust aufzuhalten

Landschaft bei Ebergötzen in der Nähe von Göttingen, Deutschland. Aufgenommen 2015. Foto: Sebastian Lakner

Um dem Verlust der biologischen Vielfalt aufzuhalten, könnte sich die Europäische Union bei der Gestaltung ihrer künftigen Agrarpolitik an sechs Grundsätzen orientieren, begleitet von mehrjährigen Vereinbarungen und progressiven Zahlungssystemen. Dies sind die Kernpunkte der Empfehlungen von über 300 Wissenschaftlern aus 23 EU-Mitgliedstaaten, die im Auftrag der Europäischen Kommission konsultiert wurden. Koordiniert wurde der Prozess vom Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), dem Thünen-Institut für Lebensverhältnisse in ländlichen Räumen und der Universität Rostock. Eine Zusammenfassung der Ergebnisse dieses umfangreichen Konsultationsprozesses wurde jetzt in der Zeitschrift Conservation Letters veröffentlicht.

Quelle: iDiv

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Rotalgen-Matten sind Zufluchtsorte für viele Tiere im Mittelmeer

Rotalgenmatten könnten als ein Zufluchts-Lebensraum für wirbellose Tiere in schwierigen Zeiten fungieren. Foto: Selma D. Mezger

Marine Ökosysteme verändern sich durch den Klimawandel, auch im Mittelmeer. Dort spielen bisher kaum untersuchte Matten aus Rotalgen offenbar eine besondere Rolle als Zufluchtsort für viele unterschiedliche Tiere, wie etwa Seesternen, Muscheln, Röhrenwürmern, Moostierchen, Seescheiden und andere kleine wirbellose Tieren. Die Abteilung Marine Ökologie der Universität Bremen hat die überraschenden Ergebnisse in der renommierten Fachzeitschrift Communications Biology publiziert. Sie basieren auf den zusammengefassten Erkenntnissen aus sechs Bachelorarbeiten von Studierenden der Universität Bremen.

Quelle: Universität Bremen

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Dank einer Algenart ergrünte unsere Erde

Die Diversität von Flora und Fauna, wie wir sie heute kennen und ebenso das Substrat, auf dem sie wachsen, verdanken wir dem Landgang einer einzigen Algenart vor mehr als 500 Millionen Jahren. Wie alle Zeichnungen der Publikation, so wurde auch diese durch die Erstautorin des Artikels, Dr. Mona Schreiber, selbst angefertigt. Bild: Mona Schreiber

Ein Forschungsteam untersuchte den aktuellen Forschungsstand zum Landgang der Pflanzen, der vor rund 500 Millionen Jahren stattfand. Erst als eine streptophytische Alge durch zahlreiche molekulare und morphologische Anpassungen aus einem aquatischen Habitat zunächst in die Uferzonen und später gänzlich an Land wechselte, begannen die Kontinente zu ergrünen. Die Ergebnisse veröffentlichten Prof. Dr. Sven Gould vom Institut für Molekulare Evolution der HHU, Prof. Dr. Stefan Rensing und die Bioinformatikerin und Künstlerin Dr. Mona Schreiber von der Universität Marburg nun in der Zeitschrift in der Zeitschrift Trends in Plant Science.

Quelle: HHU

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Natürlicher Superkleber aus heimischen Mistelbeeren

Nahaufnahme der Mistelbeere. Foto: Nils Horbelt, MPIKG

Ein Forschungsteam entdeckt hat starke Klebeeigenschaften in der Weißbeerigen Mistel (Viscum album L.) entdeckt. Die flexiblen Fasern der Mistelbeere haften sowohl an Haut und Knorpel als auch an verschiedenen synthetischen Materialien und könnten durch einfache Verarbeitung Anwendung in vielen Bereichen finden, beispielsweise als Wundverschlussmittel in der Biomedizin. Das berichtet das Team des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPIKG) und der McGill Universität in Kanada im Fachmagazin PNAS Nexus.

Quelle: MPIKG

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Kranke Pflanzen lassen sich schnell, zuverlässig und in Echtzeit identifizieren

Das Harz, das eine verletzte Kiefer zum Schutz der offenen Stelle absondert, weist in den Gesamt-Emissionen der Pflanze eine charakteristische chirale Signatur auf. Foto und (c): Lykourgos Bougas

Eine neue Methode deckt chirale Moleküle in einem Gasgemisch mit hoher Empfindlichkeit auf, und gibt so Auskunft ob eine Pflanze gesund oder krank ist. Forschende der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Max-Planck-Instituts für Chemie haben eine neue Technik entwickelt, mit der sie die spiegelbildlichen Formen und die chirale Charakteristik in einem Gasgemisch erstmals mit hoher Empfindlichkeit und in Echtzeit messen können. Das schilderten sie Anfang Juni im Fachmagazin Science Advances.

Quelle: Uni Mainz

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Baustein für ein längeres Leben

Phänotyp von gewässerten (Control) und Trockenstress-behandelten Wildtyp-Ackerschmalwand-Pflanzen (WT) und HYPK-Mutanten. Der Trockenstress wurde für 24 Tage auf etwa fünf Wochen alte Pflanzen appliziert. Skala: 2 cm. Aufnahme und (c): Miklánková et al., Sci. Adv. 8, eabn6153 (2022), CC BY-NC 4.0

Eine durchschnittliche Pflanzenzelle enthält mehr als zwanzig Billionen Proteinmoleküle, die den Stoffwechsel der Zelle aufrechterhalten und ihre Struktur stabilisieren. Forschende um Prof. Dr. Rüdiger Hell und Dr. Markus Wirtz am Centre for Organismal Studies der Universität Heidelberg haben jüngst einen zellulären Mechanismus aufgeklärt, der die Lebensdauer pflanzlicher Proteine verlängert. Nun haben sie das sogenannte Huntingtin Yeast Interactor Protein K (HYPK) als Schlüsselprotein identifiziert, das diesen Mechanismus reguliert und in der Zeitschrift Science Advances publiziert. HYPK fördert die N-terminale Acetylierung und verlängert damit die Lebensdauer pflanzlicher Proteine, was auch für die Anpassung an Umweltbedingungen wichtig ist.

Quelle: Uni Heidelberg

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Jahrzehntelanger Klimawandel in Kretas Gebirge bewirkt keine Verschiebung der Baumgrenze

Bäume an den Steilhängen des Gebirgsmassivs Lefka Ori, den "Weißen Bergen“ auf der Mittelmeerinsel Kreta. Foto: Dimitris Poursanidis

In vielen Gebirgsregionen sind die Lebensbedingungen für Wälder oberhalb der Baumgrenze wegen des Klimawandels mittlerweile günstiger als in tiefer gelegenen Gebieten geworden. Dennoch zeigt eine Fallstudie auf der Mittelmeerinsel Kreta, dass der Klimawandel dort bisher nicht dazu geführt hat, dass sich die Wälder anpassen und in höhere Regionen verlagern. Dies zeigt ein biogeographisches Team der Universität Bayreuth in der Zeitschrift Forest Ecosystems. Die Forscher*innen benennen in ihrer Studie mehrere klimatische und topographische Faktoren, die möglicherweise dazu beitragen, dass die Bergwälder Kretas an ihren jahrzehntealten Standorten verharren.

Quelle: Uni Bayreuth

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Hirse in der Bronzezeit: Ein Superfood erobert die Welt

Die Verbreitung von Hirse während der Bronzezeit. Die Nummern markieren Fundplätze, in denen Hirse des zweiten Jahrtausends v Chr. gefunden wurde. Grafik und (c): Dragana Filipović, Anna Carina Lange

Ein Forschungsteam hat die Ausbreitung der Hirse von Ostasien nach Mitteleuropa im Detail rekonstruiert. Demnach lebten bereits vor 3.500 Jahren die Menschen in einer globalisierten Welt. Das ist die Schlussfolgerung von Forschenden der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Sie haben den Ausbreitungsweg von Rispen-Hirse im Detail rekonstruieren können und herausgefunden, dass das Getreide damals von Asien nach Mitteleuropa verbreitet wurde. Ihre Forschungen über „Mensch-Umwelt Wechselwirkungen in Prähistorischen und Archaischen Gesellschaften“ am Institut für Ur- und Frühgeschichte sind im kürzlich erschienenen Sammelband „Millet and What Else? The Wider Context of the Adoption of Millet Cultivation in Europe“ („Hirse und was sonst? Ein breiter Kontext der Einführung des Hirseanbaus in Europa“) erschienen.

Quelle: CAU

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Futterklee für Kühe und Insekten

Pflanzlich-diversifizierte Kleegrasweiden tragen zur Förderung von Hummeln in Agrarsystemen bei Artenreiche Kleegrasweiden dienen besonders Hummelarten als Nahrungsgrundlage. Das haben Forschende der Agrar- und Ernährungswissenschaftlichen Fakultät der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) festgestellt. Wie sie in der Fachzeitschrift Agronomy berichten, können Kleegrasweiden mit zusätzlichen Futterkräutern ein Werkzeug darstellen, um intensiv genutzte Agrarflächen aufzuwerten. „Bisher spielen solche Flächen fast ausschließlich im ökologischen Landbau eine Rolle, aber mit einer entsprechenden Förderung des Anbaus auch für konventionelle Betriebe, gäbe es ein Potential von bis zu 500.000 Hektar in Deutschland“, stellt Professor Friedhelm Taube fest.

Quelle: CAU

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Massiver Rückgang der Dolomit-Kiefernwälder

Typischer Bestand eines lichten Kiefernwaldes auf einem Dolomit-Riff aus der Jura-Zeit. Foto: Andreas Hemp

Der Bestand an Kiefernwäldern, die auf dem Dolomitgestein des Nördlichen Frankenjura wachsen, ist seit 1990 um mehr als 75 Prozent, seit 1950 sogar um etwa 99 Prozent zurückgegangen. Den Rückgang dieser Hotspots der Biodiversität im Naturpark „Fränkische Schweiz – Frankenjura“ belegt eine Anfang Juni im Fachjournal Biodiversity and Conservation erschienene Studie von Forschenden der Universität Bayreuth. Darin wurden mehr als 600 Bestände der Dolomitkiefernwälder in verschiedenen Landkreisen Ober- und Mittelfrankens sowie der Oberpfalz erfasst. Ursache für den massiven Verlust lichter Kiefernwaldbestände sind:

  • in die Bestände eingewanderte Fichten und Buchen, die die Kiefern verdrängen
  • Umwandlung von reinen Kiefern- und Fichtenmonokulturen in Mischbestände, die forstwirtschaftlich produktiver und zugleich ökologisch stabiler sind.

Laubreichen Mischwälder beeinträchtigen jedoch die Lebensbedingungen lichtbedürftiger, niedrig wachsender Pflanzenarten am Waldboden, wie beispielsweise zahlreicher Orchideenarten, wie etwa der Bläulichen Sommerwurz (Orobanche coerulescens), die in Deutschland nur noch in Dolomitsand-Trockenrasen im Randbereich der Kiefernwälder vorkommt.

Quelle: Uni Bayreuth

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Was mich nicht umbringt, macht mich stärker

Das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Jena Experiment startete im Jahr 2002 und ist eines der am längsten laufenden Biodiversitätsexperimente in Europa. Foto: Jena Experiment

Trockenstress-Erfahrungen von Pflanzengemeinschaften im artenreichen Grünland erhöhen die Trockenresistenz der Folgegenerationen. Diesen Effekt hat ein Forscungsteam unter der Leitung der Universität Zürich mit Beteiligung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Universität Leipzig an rund 1000 Pflanzengemeinschaften in Töpfen nachgewiesen und in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass extreme Klimaereignisse, wenn sie Arten nicht vollständig verdrängen, die Beständigkeit der biologischen Vielfalt und das Funktionieren von Ökosystemen in einer Zukunft mit häufigeren Extremereignissen verbessern könnten.

Quelle: iDiv

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Grünland vom Weltall aus bewerten

Die Karten zeigen das aus Satellitendaten abgeleitete Ausmaß einzelner Management-Arten in Grünland und der daraus resultierenden Landnutzungsintensität im Landkreis Oberallgäu (Bayern) im Jahr 2018 auf einer 10 km ×10 km großen Fläche. Grafik: UFZ

Extensiv genutztes Grünland beherbergt eine hohe Artenvielfalt, übernimmt als Kohlenstoffspeicher eine wichtige Funktion für den Klimaschutz und ist Ort der Futter- und Nahrungsmittelproduktion. Diese Ökosystemleistungen sind jedoch gefährdet, wenn auf den Flächen die Produktivität gesteigert werden soll und deswegen die Nutzung intensiviert wird. Bislang fehlen über größere Flächen Angaben dazu, wie es um den Zustand der Wiesen und Weiden in Deutschland bestellt ist. Forschende des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben nun im Fachmagazin Remote Sensing of Environment beschrieben, wie man mittels Satellitendaten und dem Einsatz von Methoden des maschinellen Lernens die Landnutzungsintensität beurteilen kann.

Quelle: UFZ

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Wie Arabidopsis Überschwemmungen besser übersteht

Sjon Hartman und seine Koopertationspartner*innen fanden in der Ackerschmalwand (Arabidopsis) heraus, über welche Signalwege Ethylen bei einer Überschwemmung ein molekulares Notfallprogramm einschaltet. Aufnahme: Iris Hartman, Uni Freiburg

Welche Signalwege Pflanzen widerstandsfähiger bei Überflutungen machen, haben Forschende im Fachmagazin Plant Physiology geschildert. Demnach ist das gasförmige Pflanzenhormon Ethylen ein Warnsignal: es meldet, dass die Pflanzen unter Wasser stehen und schaltet die Notversorgung an für ein Überleben ohne Sauerstoff. Als Teil eines Forschungsteams zeigt Jun.-Prof. Dr. Sjon Hartman von der Universität Freiburg, dass Pflanzen länger ohne Sauerstoff auskommen, wenn sie mit Ethylen vorbehandelt sind. Die Ergebnisse können helfen, in der Landwirtschaft gegen Staunässe und Hochwasser vorzugehen und widerstandsfähige Pflanzensorten zu entwickeln.

Quelle: Uni Freiburg

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Kupfer lässt Samenkapseln explodieren

Einige Pflanzen – darunter das Behaarte Schaumkraut Cardamine hirsuta – haben explodierende Samenkapseln entwickelt, die ihre Samen in alle Richtungen schleudern und so verbreiten. In einer Studie, die im Fachjournal PNAS veröffentlicht wurde, haben Angela Hay und ihre Mitarbeitenden vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln untersucht, welche Gene die mechanische Struktur dieser explodierenden Samenkapseln steuern. Dabei stellten sie fest, dass ein wichtiger Mikronährstoff, nämlich Kupfer, für die Bildung eines bestimmten Ligninmusters in den Samenkapseln unerlässlich ist.

Quelle: Max Planck Gesellschaft

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Regulation der Stammzellen in Pflanzenwurzeln

Cover der EMBO reports über Stammzellen in Pflanzenwurzeln. EMBO reports

Welche molekularen Faktoren den Erhalt der Stammzellen in Arabidopsis-Pflanzen steuern, haben Forschende des Instituts für Entwicklungsgenetik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) untersucht. Dass wesentliche Bereiche der darin involvierte Transkriptionsfaktoren der sogenannten PLETHORA-Familie eine Prion-ähnliche Struktur haben, beschreiben sie in der heutigen Titelgeschichte der Fachzeitschrift EMBO reports

Quelle: Uni Düsseldorf

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Heutige Algen zeugen vom Landgang der Pflanzen im Erdaltertum

Dr. Lukas Pfeifer untersuchte pflanzliche Zellwandbestandteile, um mehr über die Verwandtschaftsverhältnisse und den Ursprung von Algen und Landpflanzen zu erfahren. Foto und (c): Christian Urban, Uni Kiel

Die Eroberung des Landes in der Vorzeit stellte eine der größten Herausforderungen während der Evolution der Pflanzen dar. Vor etwa 500 Millionen Jahren gelang es einem evolutionären Vorläufer der heutigen Landpflanzen, diesen drastischen Lebensraumwechsel zu vollziehen und damit die Grundlage der heutigen Pflanzenvielfalt zu schaffen. Forschende aus der Abteilung für Pharmazeutische Biologie am Pharmazeutischen Institut der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) um Professorin Birgit Classen untersuchen daher die Anpassung der pflanzlichen Zellwand an diese geänderten Bedingungen. In der Studie konzentrierten sich die Forschenden auf die Charakterisierung der Zellwände der Armleuchteralge Nitellopsis obtusa und der Jochalge Spirogyra pratensis. Die Forschenden vom Kiel Plant Center (KPC) berichten in der Fachzeitschrift The Plant Journal über die Evolution einzelner Zellwandbestandteile, über die Verwandtschaftsverhältnisse sowie über den Ursprung von Algen und Landpflanzen gemeinsam mit einem multidisziplinären Team aus Hamburg und Innsbruck.

Quelle: CAU

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Klimawandel und Grünerwerden der Alpen ist vom Weltall aus sichtbar

Blick auf den Piz Minger (Mitte) im Nationalpark. Foto: Sabine Rumpf

Die Klimaerwärmung trifft den Alpenraum besonders stark. Wie die Arktis wird auch das europäische Gebirge grüner. Forschende der Universitäten Lausanne und Basel zeigen nun im Fachblatt Science anhand von Satellitendaten, dass die Vegetation oberhalb der Baumgrenze in fast 80 Prozent der Alpen zugenommen hat. "Das Ausmass in den Alpen erweist sich als wirklich enorm", resümiert Sabine Rumpf, Erstautorin der Studie und seit Februar Assistenzprofessorin an der Universität Basel. Die Alpen ergrünen, da neue Gebiete von Pflanzen bewachsen werden und die Vegetation allgemein dichter und höherwüchsiger wird. Rumpf sagt: "Die einzigartige Artenvielfalt der Alpen steht also unter hohem Druck."

Quelle: Uni Basel

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Wie die Venusfliegenfalle ihre Fangblätter wieder "scharf" stellt

Das extrem schnelle Zuschnappen der fleischfressenden Venusfliegenfalle ist legendär. Wenig bekannt ist, dass Dionaea muscipula auch zu vielfältigen anderen Bewegungsformen fähig ist. In einer Studie untersuchte ein Team der Universitäten Darmstadt, Freiburg und Stuttgart das Öffnen – also quasi das „Wieder-Scharfmachen“ – der Fallen, wie es im Journal Advanced Science schildert. Demnach treten je nach Größe und Schlankheit der Falle verschiedene Bewegungsformen beim Wieder-Öffnen auf. Die Öffnungsbewegung ist morphologisch „einprogrammiert“: Bei kleinen Fallen läuft sie ganzheitlich, kontinuierlich und gleichmäßig ab. Bei großen Fallen kehrt sich die Krümmung der beiden Fallenhälften vergleichsweise schnell von konvex nach konkav um. Die Teile der Falle „schlagen durch“. Alle Bewegungsformen dauern mehrere Stunden. Zudem brechen besonders große und schlanke Fallen beim Aufgehen, so dass die Vermutung naheliegt, dass ihre Größe limitiert ist. Dies könnte ein Grund sein, warum es keine Riesenfallen gibt. Die Analysen der Forschenden zeigen außerdem, dass neben Wachstum und Änderungen des Turgors bei großen und schlanken Fallen zusätzlich noch elastische Instabilitäten, die Abgabe gespeicherter elastischer Energie, als Bewegungsantrieb „eingesetzt“ werden. Die veröffentlichten Ergebnisse sind auch für technische Disziplinen wie Maschinenbau oder Softrobotik interessant.

Quelle: TU Darmstadt

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Wie Eindringlinge die Abbaumaschinerie der Pflanzenzelle ausschalten

In der mikroskopischen Aufnahme wurden die Komponenten zum Leuchten gebracht, die in den Zellen der Tabakpflanze an der Autophagie beteiligt sind und durch krankheitserregende Xanthomonas-Bakterien abgebaut werden. Aufnahme: Suayb Üstün, Uni. Tübingen

Krankheitserregende Bakterien in Pflanzen können deren Abwehr lahmlegen und so der Auflösung durch die Pflanzenzelle entgehen, der sogenannten Xenophagie. Ein ähnlicher Mechanismus, über den Bakterien die Fressmaschinerie der Immunabwehr überwinden, ist von tierischen und menschlichen Zellen bekannt. Bei Pflanzen hat ihn nun ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Professor Suayb Üstün vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen der Universität Tübingen und der Ruhr-Universität Bochum zum ersten Mal beschrieben. „Xanthomonas-Bakterien schleusen einen Effektor in die Pflanzenzellen ein. Wir haben festgestellt, dass dieser eine wichtige Komponente der Autophagie-Maschinerie unterdrückt. So kann sich Xanthomonas weiter ausbreiten“, sagt Suayb Üstün. Die Studie erschien in der Fachzeitschrift The EMBO Journal.

Quelle: Uni Tübingen

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Wie sich Kiefernzapfenschuppen öffnen und schließen

Zapfenschuppen öffnen und schließen sich aufgrund des Zusammenspiels mehrerer Gewebeschichten, die alle auf Feuchtigkeit reagieren - und nicht wie ursprünglich angenommen mit nur zwei Schichten. Das berichtet ein Forschungsteam um Prof. Dr. Jürgen Rühe, Carmen Eger und Prof. Dr. Thomas Speck vom Exzellenzcluster Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS) im Journal Advanced Science. Es hat nun detailliert analysiert, welche Gewebestrukturen an dieser Bewegung beteiligt sind. Die Forschenden zeigen, dass die Zapfenschuppen sich aufgrund mehrerer Gewebeschichten schließen, die alle Feuchtigkeit aufnehmen. Eine besondere Bedeutung kommt dabei den sogenannten Sklerenchym-Fasersträngen zu. Zudem bestehen die unterschiedlichen Gewebe zwar aus chemisch identischen Materialien, jedoch variiert ihre Anordnung entlang der Schuppe. So besteht die Schuppe aus einer Biegezone und einer längeren klappenartigen Schicht, die nicht wesentlich zum Biegeprozess beiträgt, sondern passiv mitbewegt wird. Mithilfe der Ergebnisse könnten bionische Klappensysteme mit verbesserter Funktion entstehen.

Quelle: livMatS

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Bekämpfung von Blaualgen kann Seen giftiger machen

Cyanobakterien, auch Blaualgen genannt, können Giftstoffe produzieren und Seen Sauerstoff entziehen, wenn sie absterben. Phosphor ist für sie ein wichtiger Nährstoff. Bisher wurden deshalb überall auf der Welt Milliardenbeträge investiert, um den Gehalt an Phosphor zu verringern und so das Wachstum dieser Cyanobakterien zu hemmen. Doch wenn die Gesamtzahl an Bakterien abnimmt, steht den verbleibenden Bakterien mehr eines anderen wichtigen Nährstoffs zur Verfügung: nämlich Stickstoff. Nun hilft eine höhere Stickstoffkonzentration hauptsächlich den Blaualgen, die daraus ein Gift produzieren, das sie vor Schäden durch Oxidation schützt. Die Verringerung von Phosphor führt also zu einem Vorteil für die besonders giftigen Blaualgen-Stämme, was wiederum zu einer Zunahme der Giftstoffe im See führen kann. Diesen Zusammenhang haben Forschende der Technischen Universität (TU) Berlin nun erstmals in einem Beitrag für das interdisziplinäre Fachmagazin Science beschrieben.

Quelle: TU Berlin

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Anpassungsfähigkeit großer Korallenriffe an die Klimaerwärmung

Korallenbleichen wie diese vor Saudi Arabien werden in Zukunft vermutlich immer häufiger werden. Foto: Claudia Pogoreutz, ZMT

Viele Steinkorallen leben in einer Symbiose mit einzelligen Algen. Erst die Photosyntheseprodukte der Algen versorgen die Korallenpolypen mit der nötigen Energie. Wenn die Meerestemperatur die Wärmetoleranz der Lebensgemeinschaft von Korallen und Algen übersteigt, bricht diese Beziehung jedoch zusammen und führt dazu, dass die Koralle ihre symbiontischen Algen abstößt, ausbleicht und letztendlich abstirbt. Forschende am Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT) haben nun in einem Modell mit Daten aus dem Feld berechnet  inwieweit große Riffe wie das Great Barrier Reef vor der australischen Küste in der Lage sein werden, sich auf lange Sicht der Ozeanerwärmung anzupassen. Die im Fachjournal PLoS Comput Biology veröffentlichten Simulationen ergaben, dass die Akklimatisierung der Korallen ein gewisses Maß an Schutz bieten kann, indem sie den Rückgang einiger Riffe wie des Great Barrier Reefs verzögert. Die derzeitigen Akklimatisierungsraten werden jedoch nicht ausreichen, um die Korallen langfristig vor der globalen Erwärmung zu schützen. Die Modellergebnisse deuten auf einen erheblichen Rückgang der Korallenbestände in einem Zeitraum von 80 bis100 Jahren in allen drei Meeresgebieten hin, der je nach Region und dem Klimawandelszenario zwischen 12 % und 55 % liegt.

Quelle: ZMT

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Schwund von Kieselalgen durch Ozeanversauerung: negativer Einfluss durch CO2 belegt

Collage von Diatomeen. Zusammengstellt von und (c) bei Annegret Stuhr und Jan Taucher, GEOMAR

Kieselalgen (Diatomeen) sind die wichtigsten Produzentinnen pflanzlicher Biomasse im Ozean. Weil sie für den Bau ihrer Schalen nicht auf Kalk, sondern auf Kieselsäure angewiesen sind, galten sie bisher als Gewinnerinnen der Ozeanversauerung – einer chemischen Veränderung im Meerwasser durch die Aufnahme von CO2, die die Kalkbildung erschwert. Forschende des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel zeigen in einer in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Studie, dass die zum Plankton zählenden Kieselalgen ebenfalls betroffen sind. Analysen legen nahe, dass eine zunehmende Versauerung die Populationen von Kieselalgen drastisch reduzieren könnte. "Da Diatomeen eine der wichtigsten Planktongruppen im Ozean sind, könnte ihr Rückgang zu einer deutlichen Verschiebung im marinen Nahrungsnetz oder sogar einer Veränderung für den Ozean als Kohlenstoffsenke führen,“ erklärt Dr. Jan Taucher, Biologe und Erstautor der Studie. 

Quelle: GEOMAR

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Sibirische Tundra könnte bis Mitte des Jahrtausends fast komplett verschwinden

Offene Lärchenwälder auf der Taimyr Halbinsel. Foto: Stefan Kruse, AWI

Die Erderhitzung lässt die Temperaturen in der Arktis rasant steigen. Dadurch verschiebt sich die Baumgrenze sibirischer Lärchenwälder immer weiter nach Norden und verdrängt so nach und nach die weiten Tundraflächen mit ihrer einzigartigen Fauna und Flora. Forschende des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) haben die künftige Ausbreitung der Wälder auf Kosten der Tundra nun im Computer simuliert. Das Ergebnis: Nur bei konsequentem Klimaschutz bleiben bis Mitte des Jahrtausends etwa 30 Prozent der sibirischen Tundrafläche übrig. In allen ungünstigeren Entwicklungs-Szenarien droht stattdessen der Totalverlust eines einzigartigen Naturraums, wie die im Fachmagazin eLife publizierten Ergebnisse zeigen.

Quelle: AWI

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Korallen schon vor 40 Mio Jahren in Symbiose mit Algen

Blick in den Sammlungsschrank: 40 Millionen Jahre alte, tropische Riffkorallen aus dem heutigen Frankreich (links). Foto: Stefan Krüger

WIe Forschende zeigen, lebten Korallen schon vor 40 Millionen Jahren in einer Symbiose mit Algen. Die ungewöhnlich gut erhaltenen Riffkorallen aus der Geologisch-paläontologischen Sammlung der Universität Leipzig bergen ein weiteres Geheimnis: Sie lassen uns weit in die Vergangenheit reisen und die klimatischen Verhältnisse in unseren Breiten rekonstruieren. Das ist Forschenden der Universitäten Leipzig, Bremen und Greifswald und der Hochschule LaSalle in Beauvais nun gelungen: Anhand chemischer Analysen konnten sie auch die saisonale Temperaturschwankungen dieser Zeit modellieren. Ihre Ergebnisse, die auch aktuelle Klimaprognosen verbessern können, sind in Science Advances erschienen.

Quelle: Uni Leipzig

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Pflanzenimmunität: Funktion folgt Form

Grafische Darstellung der Studie. Grafik: Dongli Yu, MPIPZ

Wie eine Proteinfamilie Pflanzen gegen mikrobielle Schaderreger verteidigen, schildert ein internationales Team unter der Leitung von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln im Fachjournal Cell. Dazu untersuchten sie die Funktion der Toll-Interleukin-1-Rezeptoren (TIR). Wie sie herausfanden, spaltet das TIR-Enzym auch Moleküle mit Phosphodiesterbindungen, die typischerweise in RNA und DNA vorkommen. Mit Strukturanalysen konnten die Forschenden zeigen, dass die TIR-Proteine zwei unterschiedliche Raumstrukturen für die Spaltung von NAD+ oder RNA/DNA bilden, was erklärt, wie ein und dasselbe Protein neben der Spaltung von Nikotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD+) also zwei Aufgaben erfüllen kann.

Quelle: MPIPZ

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Überwachung der Artenvielfalt per Satellit rückt in Reichweite

Pflanzliche Artenvielfalt in vier unterschiedlichen Ökosystemen dargestellt als spektrale Variation. Aufnahme: Anna Schweiger, UZH

Um Massnahmen zum Schutz der globalen Artenvielfalt evidenzbasiert zu steuern, braucht es Daten, wie sich die Biodiversität von Pflanzen verändert. Forschende der Universitäten Zürich (UZH) und Montréal zeigen, dass Pflanzengemeinschaften mit Hilfe Bildspektroskopie zuverlässig überwacht werden können – in Zukunft auch per Satellit. Das ebnet den Weg für ein globales Monitoring der biologischen Vielfalt beinahe in Echtzeit. Darüber berichten die Forschenden im Fachjournal Nature Communications.

Quelle: UZH

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Nicht nur Bäume sind wichtig zur Verringerung von städtischem Hitzestress

Welche Auswirkungen Bäume auf die Temperatur in der Stadt haben, untersuchten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) im Rahmen einer mehrjährigen empirischen Studie. Am Beispiel der Stadt Würzburg zeigen die Forschenden, dass ein Grünflächenanteil von rund 40 Prozent nötig ist, um im Sommer für kühlere Temperaturen zu sorgen, wie sie in einer im Januar erschienenen Studie in Scientific Reports zeigten und heute in einer Pressemitteilung erklärten.  

Quelle: TUM

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In zwei Schritten zur Anpassung an das Leben am Vulkan

Die untersuchten Pflanzen wuchsen am Fuß eines aktiven Stratovulkans. Foto: Ahmed F. Elfarargi

Arabidopsis-Pflanzen am Fuße eines aktiven Stratovulkans haben in einem zweistufigen molekularen Prozess den Nährstofftransport in der Population neu vernetzt und damit die Anpassung der Pflanzen an das Leben am Vulkan ermöglicht. Das zeigt ein internationales Team unter der Leitung von Angela Hancock vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln (MPIPZ, Deutschland) und Wissenschaftler*innen der Associação Projecto Vitó und des Parque Natural do Fogo (Kap Verde), der Universität Nottingham (Großbritannien) und der Universität Bochum (Deutschland) im Fachmagazin Science Advances. Somit belegt das Forschungsteam einen eindeutigen Fall der Anpassung in einer Wildpopulation mit weitreichenden Auswirkungen auf die Evolutionsbiologie. Das ist auch eine gute Nachricht für die Pflanzenzüchtung. Denn bisher wurden Informationen über die Funktion von Genen durch Studien an einzelnen Mutantenlinien gewonnen. Durch die Nutzung der in der Natur vorhandenen Variation ist es jedoch möglich, komplexere mehrstufige Prozesse aufzudecken, die zu Veränderungen bei landwirtschaftlich relevanten Merkmalen führen können.

Quelle: MPIPZ

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Gärtnern mit heimischen Pflanzen für den Arterhalt

Der Gartenbau kann einen wichtigen Beitrag zur Bestandsentwicklung von Pflanzenarten leisten. Die Traubenhyazinthe (Muscari botryoides) wird auf der deutschen Roten Liste als „gefährdet" geführt, wird aber häufig als Zierpflanze verwendet und hat ihren Bestand in den letzten Jahrzehnten um 65 Prozent erhöht. Bild: Wikimedia Commons, iDiv

Auf urbanen Grünflächen könnten vermehrt rückläufige heimische Arten gepflanzt werden. Wie dieses große Potenzial für den Artenschutz genutzt werden kann, beschreiben Forschende des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), der Universität Leipzig und anderer Einrichtungen. In ihrer jüngsten Studie, die in der Zeitschrift Nature Sustainability veröffentlicht worden ist, empfehlen sie konkrete Maßnahmen des Conservation Gardenings für eine Trendwende im Gartenbau.

Quelle: iDiv

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Erstmals Hafer Erbgut sequenziert

Das Hafer-Genom ist sehr komplex und umfasst mehr als 80.000 Gene. Foto: Olof Olsson

Forschenden gelang es erstmals, das gesamte Erbgut von Hafer zu sequenzieren und umfassend zu charakterisieren. Im Vergleich zu anderen Getreidearten und zum Menschen ist das Hafer-Genom sehr komplex. Warum Hafer als gesünder gilt und weniger Allergien und Unverträglichkeiten auslöst als andere Getreide, konnten das Team unter Federführung von Wissenschaftler*innen des Helmholtz Zentrums München und der schwedischen Universität Lund nun erstmals auf genetischer Ebene aufklären. Ihre Ergebnisse publizierte das Team, zu dem auch Forschende aus Freiburg, vom IPK Gatersleben sowie aus den USA, Kanada und Australien gehören, im Fachmagazin Nature.

Quelle: Helmholtz Zentrum München

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Überweidung kippt komplettes Gras-Ökosystem

Überweidetes Grasland: Intensive Beweidung, vor allem in der Nähe von Siedlungen, führt zur Erosion des fruchtbaren Oberbodens. Foto und (c): Lena Becker, Leibniz Universität Hannover

Das tibetische Hochland hat eine besondere Bedeutung als Weideökosystem, als globaler Kohlenstoffspeicher, für die Entstehung des Monsuns und für die Trinkwasserversorgung eines Fünftels der Erdbevölkerung. Ein internationales Forschungsteam der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), der Universitäten Göttingen und Hannover und der Chinese Academy of Science hat nun erstmals auf mikrobiologischer Basis den kritischen Grenzwert der Beweidung in der zentralasiatischen Landschaft identifiziert, ab dem eine Degradation der Weiden unumkehrbar ist. Die Forschenden fanden heraus, dass kleinere Flächen bereits unwiederbringlich verloren sind, aber der Großteil des beweideten Gebietes noch gerettet werden könnte - wenn die Viehhaltung dort reduziert wird. Die Fachzeitschrift Nature Communications hat die Forschungsergebnisse veröffentlicht.

Quelle: CAU

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Biologische Krusten festigen den Boden in Trockengebieten und spielen eine wichtige Rolle fürs Klima

Biologische Bodenkrusten wirken wie ein Staubfänger und sorgen dafür, dass weniger Sand aufgewirbelt wird und somit auch weniger Staubpartikel in die Atmosphäre gelangen. Foto: Emilio Rodriguez-Caballero

Erstmals haben Biolog*innen umfassende Zahlen und Fakten zur Bedeutung biologischer Bodenkrusten für den regionalen und weltweiten Staubkreislauf unter aktuellen und zukünftigen Bedingungen veröffentlicht. „Wir schätzen, dass alle [Bodenkrusten-]Vorkommen zusammen die globalen atmosphärischen Staubemissionen um etwa 60 Prozent reduzieren“, fasst Bettina Weber eine Studie zusammen, die im Wissenschaftsjournal Nature Geoscience erschien. Die Biologin der Universität Graz und Gastwissenschaftlerin am Max-Planck-Institut für Chemie, erwartet gemeinsam mit internationalen Kolleginnen und Kollegen bis 2070 eine starke Abnahme der Biokrusten-Decke durch Klimawandel und Intensivierung der Landnutzung: je nach Szenario zwischen 25 und 40 Prozent. Mit der Folge, dass mehr Staub in die Atmosphäre gelangt – mit verschiedenen Auswirkungen.

Quelle: MPI für Chemie

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Dürreereignis zwischen 2018 und 2020 war das heftigste seit mehr als 250 Jahren

Charakterisierung großer Dürreereignisse in den letzten 250 Jahren in Europa. (a) Mittlere Fläche und Dauer von Dürren im Zeitraum 1766 bis 2020 auf Basis von Modellsimulationen. Die Größe der Kreise entspricht der Gesamtintensität der Dürren. (b) Zeitliche Entwicklung der Intensität der Dürren. Das Ereignis 2018-2020 weist im Vergleich zu allen anderen Ereignissen über die gesamte Zeit die größte Dürreintensität auf. (c-e) Die Karten zeigen die Verteilung der durchschnittlichen Dürredauer in Monaten während drei großer Dürreereignisse. Die Diagramme in den Karten zeigen, wie groß die räumliche Ausprägung im Verlauf der jeweiligen Dürreperiode war. Grafiken: UFZ

Es waren Tage, Monate und Jahre, die vielen im Gedächtnis blieben: die Dürreperiode zwischen 2018 und 2020. Einem von Wissenschaftler*innen des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) angeführten internationalen Forschungsteam ist es nun gelungen, die Dimension dieses Ereignisses historisch einzuordnen. Demnach hat sich seit Mitte des 18. Jahrhunderts keine Dürre so großflächig über Europa ausgebreitet und fiel kein Temperaturanstieg während einer Dürreperiode so groß aus. Das macht die Jahre 2018 bis 2020 zum neuen Vergleichsmaßstab für Dürren. Weil diese in Zukunft häufiger auftreten könnten, empfehlen die Wissenschaftler dringend, geeignete, regional angepasste Maßnahmen gegen die Wasserknappheit zu entwickeln und umzusetzen. Darüber berichten sie im März im Fachjournal Earth’s Future.

Quelle: UFZ

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Photorezeptoren und biologische Lichtsteuerung

Kristallstrukturen eines LOV Proteins, in dem das Glutamin durch Leucin ersetzt wurde (L513). Im Vergleich zum Dunkelzustand (links) weist das LOV-Protein im Licht Bewegungen bestimmter Reste auf, insbesondere eines Asparagins (N414). Grafik: Andreas Möglich

Pflanzen, Pilze und Bakterien nehmen durch Photorezeptoren Blaulicht wahr. Forscher*innen der Universität Bayreuth haben jetzt entdeckt, dass bestimmte Rezeptoren ein bisher für unentbehrlich gehaltenes Glutamin nicht zwingend benötigen. Auch ohne dieses Glutamin kann Blaulicht in vielen Organismen entscheidende Steuerungssignale auslösen, wenn auch oft mit verminderter Effizienz. Die vergangene Woche in Nature Communications präsentierten Ergebnisse der Photobiochemiker*innen leisten einen Beitrag zum Verständnis der Mechanismen von Photorezeptoren und ihren Anwendungen.

Quelle: Uni Bayreuth

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Genetische Herkunft der ersten Ackerbauern der Welt geklärt

Extraktion antiker DNA im Labor der Universität Mainz. Die Arbeit erfolgt unter sterilen Bedingungen, um eine Kontamination durch moderne DNA zu vermeiden. Foto: Joachim Burger, JGU

Der genetische Ursprung der ersten Bauern der Jungsteinzeit schien lange Zeit im Nahen Osten zu liegen. Eine neue Studie, die in der Fachzeitschrift Cell veröffentlicht wurde, zeigt, dass die ersten Bauern in Wirklichkeit eine Mischung aus eiszeitlichen Jagd- und Sammlungsgruppen darstellten, die sich über den Nahen Osten bis nach Südosteuropa erstreckten. An der Studie waren Forschende der Universität Bern und des Schweizerischen Instituts für Bioinformatik sowie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und der Universität Freiburg beteiligt.

Quelle: Uni Bern

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Wie sich Wiederaufforstung auf den Wasserkreislauf auswirkt

Historischer Baumbestand auf dem Potsdamer Telegrafenberg, Teil eines Gartendenkmals. Foto: Josef Zens, GFZ

Wie würden sich Aufforstung und Renaturierung großer Flächen weltweit auf die Wasserströme auswirken? Eine Studie unter der Leitung der Wissenschaftlerin Anne Hoek van Dijke von der Universität Wageningen und unter Mitwirkung von Martin Herold vom Deutsches GeoForschungsZentrum (GFZ) liefert Antworten: Die Auswirkungen auf Niederschläge reichen demnach weit über Ländergrenzen und Kontinente hinaus: So kann die Wiederaufforstung von Bäumen im Amazonasgebiet Niederschläge in Europa und Ostasien beeinflussen. In der Studie, die in Nature Geoscience veröffentlicht wurde, wurden die globalen Auswirkungen einer groß angelegten Baumsanierung auf die Wasserflüsse und die Wasserverfügbarkeit berechnet.

Quelle: GFZ

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Überreste früher Algen dokumentieren Wassertemperatur und Klimawandel

Für die Studie verwendete Algenkulturen. Foto: Sebastiaan Rampen, Algenkultursammlung der Universität Göttingen (SAG)

Im Mittelmeer hat ein Forschungsteam eine bislang unbekannte Gruppe von frühen Algen entdeckt, deren Überreste Aufschluss über die Wassertemperatur und damit die Klimaveränderungen über Millionen von Jahren hinweg geben können. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Göttingen untersuchten eine Gruppe von Lipiden, die weltweit häufig in Meeressedimenten beobachtet wird. Diese Long chain Diol Index genannten Verbindungen konnten sie bisher unbekannten Algen aus der Gruppe der Eustigmatophyten zuordnen. Das Team stellt seine Ergebnisse im Fachjournal PNAS vor.

Quelle: Uni Göttingen

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Moorpflanzen sind die besten CO2-Speicher

Hochmoor in der Region Archangelsk. Foto: Michael Succow

Feuchtgebiete speichern etwa fünfmal mehr Kohlenstoff pro Quadratmeter als Wälder und 500-mal mehr als Ozeane. In diesen Ökosystemen stimulieren Pflanzenwachstum und Kohlenstoffablagerung im Boden einander gegenseitig. Schutz und Restaurierung solcher Feuchtgebiete können dem Menschen helfen, angesichts der Klimakrise die CO2-Konzentration in der Atmosphäre zu reduzieren. Das ist eines der Ergebnisse einer Studie, die jetzt im Wissenschaftsjournal Science unter dem Titel Recovering wetland biogeomorphic feedbacks to restore the world’s biotic carbon hotspots veröffentlicht wurden. Das internationale Autor*innen-Team mit Beteiligung des Greifswalder Moorforschers Prof. Dr. Hans Joosten hat auch eine gute Nachricht: wir schaffen es immer besser diese Ökosysteme zu managen und zu restaurieren.

Quelle: Uni Greifswald

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Tropische Trockenwälder weltweit immer stärker bedroht

Seit 2000 sind schon mehr als 71 Millionen Hektar tropischer Trockenwälder verloren gegangen. Die bislang umfassendste globale Studie zur Entwaldung der verbliebenen Trockenwälder in den Tropen zeigt: Ein Drittel ist bedroht, da in diesen Regionen die Abholzung besonders rasch voranschreitet. In Afrika sind Trockenwälder zwar noch vergleichsweise intakt, jedoch fand das Forschungsteam auch dort viele Regionen, in denen Rodungsprozesse kürzlich begonnen haben. Die Ergebnisse seiner Studie auf Basis von Satellitenbildern veröffentlichte das Team um die Forschenden des Geographischen Instituts der Humboldt-Universität zu Berlin und des Earth and Life Institute der belgischen Université Catholique de Louvain nun in der Fachzeitschrift Nature Sustainability.

Quelle: HU Berlin

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Zellteilung bei Moos und Tieren ähnlicher als gedacht

Gestörte Zellteilung in der Moos-Mutante beeinträchtigt das Pflanzenwachstum (rechts) im Vergleich zum Wildtyp Moos (links). Fotos: Elena Kozgunova

Wie der mitotische Apparat am Beginn jeder Zellteilung lokalisiert werden kann, zeigen Freiburger Forschende in genetisch veränderten Physcomitrella-Moosen. In Mutanten, denen fünf TPX2-Gene fehlen - die bei Tieren an einem Signalmolekül ähneln, das für die Mitose wichtig sind - wandert die Mitose-Spindel genauso wie in tierischen Zellen. „Solche beweglichen Spindeln wurden noch nie bei Pflanzenzellen beobachtet!“, freut sich Erstautorin Dr. Elena Kozgunova. „Es ist eine Art Tauziehen zwischen Mikrotubuli und Aktin, das die Mitosespindel in der Zelle ausrichtet. Das ähnelt sehr den Vorgängen in der tierischen Zelle“, verdeutlicht Prof. Dr. Ralf Reski. Darüber berichtet das Freiburger Forschungsteam in Kooperation mit einem Team aus der Nagoya-Universität im Fachjournal Nature Communications.

Quelle: Uni Freiburg

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Pilzeffektor Rip 1 unterdrückt Abwehrreaktionen beim Mais

Eine mit dem Pilz Ustilago maydis infizierte Maispflanze. Foto: Khong-Sam Chia

Die Koevolution zwischen den Virulenzfaktoren von Pathogenen und dem Immunsystem einer Wirtspflanze bildet ein Netzwerk von Interaktionen aus. Diese bleiben phänotypisch unerkannt und funktionell schwer verständlich, so lange nicht einzelne Akteure entfernt werden. Der Pilz Ustilago maydis, der Mais befällt, sondert ein Gemisch aus manipulierenden Faktoren, sogenannten Effektoren ab. Dies unterdrückt die Abwehrmechanismen und beeinflusst den Stoffwechsel des Wirts zu seinen Gunsten. Ein Forschungsteam unter Federführung des Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) und der Universität Bonn hat die Rolle des Pilz-Effektorproteins Rip1 aufgeklärt, das an der Unterdrückung der Immunität beteiligt ist. Die Ergebnisse publizierte das Team nun im Fachjournal Plant Cell.

Quelle: IPK (pdf)

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In Pappeln verstärken sich Hormone gegen pathogene Pilze gegenseitig

Chhana Ullah, Erstautor der Studie, charakterisiert genetisch veränderte Pappeln, die hohe Mengen Salicylsäure bilden. Foto: Anna Schroll, MPI für chemische Ökologie

Wie Forschende zeigen, sind in Pappeln, die erhöhte Mengen an Salicylsäure produzierten, auch höhere Mengen an Jasmonsäure nachweisbar. Pflanzen, die höhere Konzentrationen beider Hormone aufwiesen, waren außerdem resistenter gegen den Rostpilz Melamspora larici-populina, ohne dass sich dies negativ auf das Wachstum auswirkte, die das Team am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie im Fachjournal New Phytologist beschreiben. Kenntnisse über das positive Zusammenspiel dieser an der pflanzlichen Abwehr beteiligten Hormone könnten dazu beitragen, Pappeln und andere Bäume besser gegen Schädlinge und Krankheitserreger zu schützen.

Quelle: MPI für chemische Ökologie

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Aussterben der Dinosaurier veränderte Pflanzenevolution

Die großen, holzigen Früchte der Palme Manicaria saccifera, die für ihre Verbreitung auf große Tiere angewiesen sind. Foto: John Dransfield

Das Fehlen großer Pflanzenfresser nach dem Aussterben der Dinosaurier hat die Evolution von Pflanzen verändert. Die 25 Millionen Jahre lange Abwesenheit großer Pflanzenfresser verlangsamte die Entwicklung neuer Pflanzenarten. Verteidigungsmerkmale wie Stacheln bildeten sich zurück und die Früchte wurden größer. Dies hat ein Forschungsteam unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Universität Leipzig am Beispiel von Palmen nachgewiesen. Ihre Ergebnisse hat es im April in der Fachzeitschrift Proceedings of the Royal Society B veröffentlicht.

Quelle: iDiv

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Unter Seegraswiesen liegt haufenweise Zucker

Üppige Seegraswiesen von Posidonia oceanica im Mittelmeer. Die Forschenden des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie gehen davon aus, dass ihre Erkenntnisse für viele Lebensräume von Meerespflanzen relevant sind. Foto: HYDRA Marine Sciences GmbH

Seegräser geben große Mengen Zucker in den Boden ab. Weltweit sind das mehr als 1 Million Tonnen Saccharose – genug Zucker für 32 Milliarden Dosen Cola. Das ist erstaunlich: Normalerweise verbrauchen Mikroben blitzartig jeden frei verfügbaren Zucker. Forschende des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie fanden zudem, dass die Seegräser auch Phenole freisetzen. Diese halten die meisten Mikroben davon ab, die Saccharose abzubauen. So ist es möglich, dass sie unter den Seegraswiesen vergraben bleibt und nicht in CO2 umgewandelt und wieder in den Ozean und die Atmosphäre freigesetzt wird. Die Forschenden präsentieren ihre Entdeckung nun in der Zeitschrift Nature Ecology & Evolution.

Quelle: MPI für Marine Mikrobiologie

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Klimawandel: Frühblüher eine Woche früher dran als vor hundert Jahren

Franziska Willems im Herbarium Tubingense, dem Tübinger Herbar. Foto: Jörg Jäger, Uni Tübingen

Buschwindröschen, Waldmeister, Lungenkraut, Frühlings-Platterbse und andere frühblühenden Pflanzen in europäischen Wäldern beginnen die Blühsaison heute im Schnitt eine Woche früher als vor hundert Jahren. Davon zeugen Herbarbelege, wie Dr. Franziska Willems und Professor Oliver Bossdorf vom Institut für Evolution und Ökologie der Universität Tübingen gemeinsam mit Professor J. F. Scheepens von der Goethe-Universität Frankfurt herausgefunden haben. Das Forschungsteam nutzte die Sammeldaten von Herbarbelegen aus mehr als einem Jahrhundert für eine neu entwickelte Methode der geografisch-räumlichen Modellierung. So konnte das Team auch belegen, dass die frühere Blütezeit der Wildpflanzen mit der Klimaerwärmung zusammenhängt, wie sie in der Fachzeitschrift New Phytologist berichten.

Quelle: Uni Tübingen

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Wie das Klima vom Erhalt der biologischen Vielfalt profitieren kann

Reisterrassen der Philippinen: Die Weltkulturerbestätte mit ihren bewässerten Feldern verdankt ihre Existenz einer kontinuierlichen Wasserversorgung durch die darüberliegenden Wälder. Während durch die Reiskultur Methan ausgestoßen wird, wird hier zugleich die traditionelle genetische Vielfalt der Reispflanzen bewahrt, die die Grundlage für zukünftige Anpassungen darstellen können. Außerdem wird der Wald erhalten, der sich durch eine enorme Artenvielfalt und einen hohen Anteil nur dort vorkommender Tier- und Pflanzenarten auszeichnet. Dieser Schutz trägt zugleich zur Bindung von Kohlenstoff in den Wäldern bei. Foto und (c): André Künzelmann, UFZ

Maßnahmen für den Klimaschutz sowie für den Schutz der Biodiversität wurden bislang oft parallel zueinander entwickelt. Doch dies gilt mittlerweile als überholt, da viele Ansätze sowohl das Klima als auch die Artenvielfalt schützen können. Vor dem Hintergrund der anstehenden UN-Artenschutzkonferenz hat ein internationales Team von Forschenden die Rolle der künftigen globalen Biodiversitätsziele (Post-2020 Action Targets for 2030) für den Klimaschutz bewertet und dabei festgestellt, dass immerhin zwei Drittel der globalen Biodiversitätsziele auch helfen können, den Klimawandel zu bremsen. Darüber berichten das Team mit Beteiligung des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) in einer Studie, die es jetzt in der Fachzeischrift Global Change Biology veröffentlicht hat.

Quelle: UFZ

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Auch Waldbäume nehmen Nanoplastik auf

Umweltnaturwissenschafterin Maria Elvira Murazzi schneidet bei einer Birke die untersten Wurzeln, die sich für einige Tage in einer Nanoplastik-Lösung befunden hatten, für die Analyse ab. Foto: Paula Ballikaya

Überreste von Plastik verschmutzen mittlerweile sämtliche Ökosysteme auf der Welt, auch fern von der Zivilisation. Die Auswirkungen auf die Nahrungskette sind noch unklar. Nun zeigt eine in iForest publizierte Laborstudie der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL), dass auch Waldbäume Plastikpartikel über die Wurzeln aufnehmen und in die oberirdischen Pflanzenteile transportieren.

Quelle: WSL

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Neuronales Netzwerk kann Höhe von Bäumen aus Satellitenbildern ablesen

Mit Hilfe eines künstlichen neuronalen Netzwerks haben Forschende eine erste hochaufgelöste globale Vegetationshöhen-​Karte aus Satellitenbildern für das Jahr 2020 erstellt. Im Lab entwickeln die Forschenden Machine-​Learning-Algorithmen, die es ermöglichen, grossflächige Umweltdaten automatisch zu analysieren. Einer dieser Forscher ist Nico Lang der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich). In seiner Doktorarbeit hat er einen Ansatz – basierend auf neuronalen Netzwerken – entwickelt, um aus optischen Satellitenbildern die Vegetationshöhe ableiten zu können. Daraus konnte er die erste Vegetationshöhen-​Karte Global Canopy Height Map erstellen, welche die gesamte Erde abdeckt. Ihre Ergebnisse publizierten sie bei arXiv. Die Karte könnte entscheidende Hinweise gegen den Klimawandel und das Artensterben liefern.

Quelle: ETH Zürich

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Resistenzen gegen Weizen-Verzwergungsvirus entdeckt

Unterschiedlich stark ausgeprägte Symptome des Weizenverzwergungsvirus bei infizierten Pflanzen. Der Weizen ganz rechts ist symptomfrei. Foto: Anne-Kathrin Pfrieme, JKI

In einer genomweiten Assoziationsstudie (GWAS) mit 500 Weizenvarianten haben Forschende des Julius Kühn-Instituts (JKI) 14 Gen-Orte identifiziert, die mit konstant geringen Ertragsverlusten durch das Weizen-Verzwergungsvirus assoziiert waren. Diese sogenannten QTL (engl. quantitative trait loci) könnten für die Züchtung neuer virusresistenter Weizensorten genutzt werden, berichten die Forschenden im Fachmagazin Frontiers in Plant Science.

Quelle: JKI

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Bohnenanbau in vielfältigen Agrarlandschaften fördert Bienen und steigert Ertrag

Eine Hummel raubt Nektar von einer Ackerbohne. Foto: Nicole Beyer

Wie sich die Landschaftszusammensetzung aus blühenden Kulturen und naturnahen Habitaten auf die Dichten von Bienen, deren Verhalten beim Sammeln von Nektar und die Erträge von Ackerbohnen (Vicia faba L.) auswirkt, haben Teams der Universität Göttingen und des Julius Kühn-Instituts (JKI) in Braunschweig untersucht. Wie die Forscher*innen im Fachjournal Basic and Applied Ecology zeigen, sind in Landschaften mit einem hohen Flächenanteil von naturnahen Habitaten und in Landschaften mit einem hohen Flächenanteil von Ackerbohnen mehr Hummeln in Ackerbohnenfeldern zu finden. Außerdem waren die Bohnenerträge in diesen Landschaften erhöht.

Quelle: Uni Göttingen

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Waldsterben aufgrund von Klimaextremen folgt globalem Muster

Borkenkäfer-geschädigter Fichtenbestand in der Nähe von Weimar, infolge der Dürren 2018-2019. Foto: O. Kolle, H. Hartmann, MPI-BGC

Ein internationales Forschungsteam fand ein Muster für extreme Klimabedingungen, die zum Waldsterben führen. So konnten das Team eine Kombination extremer Klimabedingungen ableiten, bei denen Bäume sterben: Trockenheit gepaart mit Hitze, in genau definierten Extrembereichen. Die Ergebnisse, die am 5. April in Nature Communications publiziert wurden, zeigen ein bedrohliches Szenario für die Wälder im Zusammenhang mit der anhaltenden Klimaerwärmung. Dazu hatte das Team mit Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena (MPI-BGC) weltweite Aufzeichnungen über klimabedingte Ereignisse des Baum- und Waldsterbens der letzten knapp fünf Jahrzehnte gesammelt. Anschließend wurden Abweichungen des damals herrschenden lokalen Klimas ermittelt und verglichen.

Quelle: MPI-BGC

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Fitness ist auch eine Frage des Timings

Doktorandin Anxhela Rredhi von der Universität Jena zeigt Kulturen der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii: links den Wildtyp und rechts eine Mutante ohne ein bestimmtes Cryptochrom. Die mutierten Algen enthalten deutlich mehr grünen Farbstoff. Foto: Jens Meyer, FSU

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Jena haben jetzt die molekularen Taktgeber der inneren Uhr in der „grünen Lebenslinie“ untersucht. Die „grüne Lebenslinie“ umfasst Grünalgen, Moose, Farne, Nacktsamer und Blütenpflanzen. In einer aktuellen Publikation im Fachmagazin Plant Physiology  gibt das Team um Prof. Dr. Maria Mittag vom Matthias-Schleiden-Institut der Friedrich-Schiller-Universität Jena einen Überblick über deren genetische Grundlagen. „Die Fitness der Fotosynthese betreibenden Organismen hängt also auch davon ab, wie gut ihre innere Uhr funktioniert“, sagt Maria Mittag. Die Professorin für Allgemeine Botanik und ihr Team sind daher der Frage nachgegangen, wie sich die innere Uhr im Laufe der Evolution der grünen Organismen entwickelt hat. Dafür haben die Forschenden die Gene von unterschiedlichen Modellorganismen aus der grünen Abstammungslinie untersucht: angefangen von Einzellern, wie der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii, über das Brunnenlebermoos Marchantia polymorpha bis zu Blüten-Pflanzen, wie der Acker-Schmalwand Arabidopsis thaliana.

Quelle: FSU

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Blüte und Blattaustrieb von Bäumen findet im Klimawandel weltweit früher statt

Die Kirschblüte in der Schweiz beginnt heute im Schnitt 11 Tage früher als vor 1950. Foto: Regula Gehrig, MeteoSwiss

Ein Forschungsteam stellt in Nature Climate Change die fünf längsten Zeitreihen der Welt zum Frühlingsaustrieb von Bäumen vor. Darunter sind auch Kirschbäume im Kanton Basel-Landschaft und Rosskastanien in Genf. In allen Reihen treten Blattentstehung und Blüte immer früher auf, ein deutliches Zeichen für die globale Erwärmung, die sich seit den 1980er Jahren stark beschleunigt hat. Im Detail: Im Schnitt dieser Zeitreihen begann der Blatt- oder Blütenaustrieb in der Zeitspanne 1985 bis 2020 um sechs (in China) bis 30 Tage (in der Schweiz) früher als vor 1950. Besonders eindrücklich: Die Kirschblüte in Kyoto begann im Frühling 2021 so früh wie nie zuvor in den letzten 1200 Jahren. Das berichtet das internationale Team unter Leitung der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL).

Quelle: WSL

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Ein Gen steuert die Artenvielfalt eines künstlichen Ökosystems

Versuchsanordnung mit den experimentellen Ökosystemen. Foto: Matt Barbour, Uni Zürich

Ein einzelnes Gen kann ein ganzes Ökosystem beeinflussen. Das zeigt ein Forscherteam der Universität Zürich in einem Laborexperiment mit der Pflanze Arabidopsis thaliana und dem dazugehörigen Mini-Ökosystem mit einem Räuber (einer parasitären Wespe) und zwei Pflanzenfressern (Blattläusen). So fördern Pflanzen mit einer Mutation in einem bestimmten Gen Ökosysteme mit mehr Insektenarten. Die Entdeckung eines solchen "Schlüsselgens" könnte die derzeitigen Strategien zur Erhaltung der biologischen Vielfalt verändern, folgern die Forschenden um Dr. Matt Barbour vom Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften in der Zeitschrift Science.

Quelle: Uni Zürich

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Auswirkungen von Dürre auf Ökosysteme doppelt so stark wie in Experimenten angenommen

Versuchsfläche im Tiroler Stubaital: Auf Almwiesen im Stubaital untersuchte Michael Bahn mit seinem Team in Testzelten den Einfluss der Klimaerwärmung auf den Kohlendioxidhaushalt von Landökosystemen. Foto: Eva Fessler

Die negativen Auswirkungen von Trockenheit und Dürren auf das Funktionieren von Ökosystemen sind doppelt so groß, wie bislang aufgrund von Feldexperimenten angenommen wurde. Das zeigt ein Forschungsteam mit Beteiligung von Michael Bahn vom Institut für Ökologie der Universität Innsbruck in einer aktuellen Studie im Fachmagazin Nature Ecology & Evolution. „Im Experiment können wir die Mechanismen der Dürrereaktion gut und detailliert erforschen. Unsere 80 Studien und knapp 160 Messpunkte umfassende Metaanalyse zeigt aber auch, dass das Ausmaß der Produktivitätsverluste bei Dürre im Vergleich zu Beobachtungsstudien um durchschnittlich etwa 50 Prozent unterschätzt wird“, erklärt Michael Bahn. „Das heißt, dass es wichtig ist, die Ergebnisse von Dürreexperimenten mit den verfügbaren Daten von natürlichen Trockenereignissen abzugleichen, um das mögliche Ausmaß der Auswirkungen dieser Wetterextreme auf den landwirtschaftlichen Ertrag abzuschätzen.“

Quelle: Uni Innsbruck

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Proteine kontrollieren die lichtinduzierte Samenkeimung in Arabidopsis

Blühende Acker-Schmalwand. Foto: Andreas Hiltbrunner

Ein Team um Prof. Dr. Andreas Hiltbrunner, Mitglied des Exzellenzclusters CIBSS - Centre for Integrative Biological Signalling Studies, hat am Institut für Biologie II der Universität Freiburg anhand der Acker-Schmalwand den molekularen Mechanismus untersucht, über den Phytochrome die lichtabhängige Samenkeimung kontrollieren. Den Ergebnissen der Freiburger Forschenden zufolge unterdrücken die Proteine ERF55 und ERF58 das Keimen der Pflanze. Ihre Arbeit veröffentlichten die Biolog*innen in der Zeitschrift Nature Communications.

Quelle: Uni Freiburg

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Neuer fossiler Farn aus Chemnitz beschrieben

Aufnahme der neu beschriebenen Farnsamer-Pflanze namens Medullosa stellata. Foto: mit freundlicher Genehmigung des MfN

Eine neue Pflanzenart aus dem Versteinerten Wald in Chemnitz haben Forschende u.a. des Naturkundemueums in Berlin (MfN) beschrieben. Der riesige, 291 Millionen Jahre alte Farnsamer wird in den kommenden Jahren weiter untersucht. Ziel ist es, die Vielfalt der Pflanzen in den Wäldern des frühen Perms und ihre Rolle in den zunehmend extremen Ökosystemen dieser Zeit zu erforschen. Die im Fachmagazin Paleontology and Evolutionary Science veröffentlichten Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Vegetation und Klima im späten Paläozoikum bei, einer Zeit am Ende einer großen Vereisungsphase unserer Erde, die ähnlich zu unserer heutigen Situation ist.

Quelle: MfN

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Gesund essen schützt die Biodiversität

Verlust von intakten Naturflächen (rNIV) unter verschiedenen Szenarien bis 2050: BAU – „Business as usual“, D – gesunde Ernährung, DI – gesunde Ernährung plus Düngung u. Bewässerung, DIC – gesunde Ernährung, Düngung, Bewässerung, Wechsel von Feldfrüchten. Grafik: Rasche et al, 2022, Uni Hamburg

Eine pflanzenbasierte Ernährung kommt mit weniger Fläche für die Landwirtschaft aus. Dr. Livia Rasche vom Exzellenzcluster CLICCS (Climate, Climatic Change, and Society) der Universität Hamburg zeigt jetzt in einer Studie, dass dies den Verlust der Biodiversität aufhalten könnte. Das zeigt eine Studie im Fachmagazin Global Ecology and Biogeography. Hintergrund: Weltweit gibt es 35 Hotspots der Biodiversität, in denen die Artenvielfalt besonders groß ist – und besonders gefährdet. Jeder Hotspot beherbergt beispielsweise zwischen 1.500 und 15.000 Pflanzenarten, die allein hier vorkommen. Gleichzeitig hat jede dieser Regionen mindestens 70 Prozent ihrer ursprünglichen Vegetation bereits durch Landnutzung verloren, Tendenz steigend. Weil sich die landwirtschaftlich genutzte Fläche weiter ausdehnt, sind die verbleibenden ursprünglichen Flächen weltweit gefährdet. Ein Team um Dr. Livia Rasche untersuchte daher, wie eine pflanzenbasierte Ernährung in Kombination mit effektiver Bewirtschaftung theoretisch helfen könnte, die verbliebenen Naturräume zu schützen.

Quelle: CLICCS, Uni Hamburg

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Unabhängige Pollenkörner - eine Frage der Energie

Eine Gerstenblüte mit offenen Staubbeuteln, die von freigesetzten Pollenkörnern umgeben sind. Mittels Rasterelektronenmikroskopie aufgenommenes Bild des Künstlers Rob Kesseler (2018) als "wissenschaftliches Surrogat für eine moderne Maispuppe". Aufnahme: Rob Kesseler

Das Phytohormon Auxin ist die Haupttriebkraft für die Energieproduktion während der Pollenreifung in Gerste. Das haben Forschende vom Kölner Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ), dem schwedischen Umeå Plant Science Centre, dem Potsdamer Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie und der Rutgers University in den USA im Fachjournal Current Biology dargelegt. Denn Pollenkörner von Mais, Reis und anderen Getreidearten müssen für die spätere Nutzung bei der Befruchtung, Stärke als Energiedepot speichern.

Quelle: MPIPZ

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Oliven waren schon in der Steinzeit beliebt

Die zentrale Ausgrabungsstätte in der El Harhoura-Höhle. Foto: Christophe Falgueres

Menschen haben Oliven bereits vor 100.000 Jahren als Nahrungsmittel und Brennstoff benutzt. Das haben Forscher*innen um Laurent Marquer vom Institut für Botanik der Universität Innsbruck herausgefunden, indem sie Holzkohle und Kernfragmente aus zwei Höhlen im Norden Marokkos untersuchten. Die Studie, an der unter anderem das Max-Planck-Institut für Chemie, das Max-Planck-Institut für Menschheitsgeschichte und die Universität Freiburg beteiligt waren, wurde im Journal Nature Plants veröffentlicht.

Quelle: Uni Innsbruck

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DNA-Spuren geben Speiseplan fleischfressender Pflanzen preis

Beute von Drosera finlaysoniana aus dem tropischen Nordaustralien. Diese Art fängt sowohl größere Beutetiere wie Schmetterlinge, als auch mikroskopisch kleine Fluginsekten wie Thripse, kleine Mücken und Zikaden. Foto: Andreas Fleischmann, SNSB

Mit der Methode des DNA-Metabarcoding analysierten Forschende die DNA-Spuren der gefangenen Insektenarten von den Blättern des australischen Sonnentaus (Drosera). Sie konnten so die Insektenarten des Beutespektrums von Drosera zuverlässig identifizieren. Um die Ergebnisse der Gen-Analysen zu überprüfen, verglichen die Wissenschaftler*innen der Botanischen und der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB BSM & SNSB ZSM) sowie der Curtin-Universität im westaustralischen Perth diese anschießend mit Makro-Fotografien der gefangenen Insekten. Ihre Crime Scene Investigation veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift Scientific Reports.

Quelle: SNSB

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Waldzustandsbericht kann keine Entwarnung vermelden

Mit dem Fernglas studieren die Inventurteams die Baumkronen auf ihre Transparenz und auf Schäden. Foto: Petra Dühnelt. Thünen-Institut

Den Kronenzustand deutscher Wälder haben Inventurteams bewertet und für das vergangene Jahr zusammengefasst. Das Thünen-Institut für Waldökosysteme berechnet aus den bereitgestellten Rohdaten die bundesweiten Ergebnisse der Waldzustandserhebung: Für das Jahr 2021 ist der Anteil der Bäume mit deutlichen Kronenverlichtungen gegenüber dem Vorjahr leicht zurückgegangen, aber immer noch hoch: 35 % zeigten deutliche Verlichtungen (2020: 37 %). Auch die über 60 Jahre alten Bäume, bei denen Schäden besonders deutlich werden, weisen eine leichte Verbesserung auf: 42 % haben deutliche Verlichtungen gegenüber 45 % im Jahr 2020. Auch die mittlere Kronenverlichtung aller Bäume hatte 2019 nach dem ersten Trockenjahr einen deutlichen Sprung auf 25,1 % gemacht (nach 22,0 % in 2018) und verbleibt auch 2021 mit 25,7 % auf gleichem Niveau. Bei den Laubbäumen nimmt die mittlere Kronenverlichtung bereits seit Jahren zu. Dies war in früheren Jahren vor allem auf den Zustand der Eiche zurückzuführen. Seit 2019 ist aber auch die Buche stark betroffen. Nach dem Rekordjahr 2020 nahm die mittlere Kronenverlichtung 2021 wieder ab (45 % nach 55 % in 2020). Allerdings kam es 2021 nur geringfügig zu Fruchtbildung. Normalerweise führt eine geringe Fruktifikation zu einer deutlichen Verbesserung des Kronenzustands. Dies war 2021 nicht der Fall. Vermutlich benötigt die Buche länger zur Erholung nach den Hitze- und Trockenjahren.

Quelle: Thünen

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Wie Braunalgen zu Hermaphroditen werden

Desmarestia dudresnayi, eine hermaphroditische Art, die nahe mit D. herbaceae verwandt ist. Aufnahme: Masakazu Hoshino, MPI for Biology

Wie mehrere Braunalgen-Arten die Unterscheidung in männliche und weibliche Algen aufgaben und zu Hermaphroditen wurden, hat jetzt ein internationales Team unter Leitung von Max-Planck-Forschenden beschrieben. Demnach entstanden die Hermaphroditen wahrscheinlich, indem weibliche Vorfahren männliche Eigenschaften erwarben. Die Ergebnisse werden nun in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution veröffentlicht; die Arbeit an den Braunalgen-Modellorganismen stellt einen wesentlichen Schritt zu einem besseren Verständnis der molekularen Mechanismen dar, die Übergänge zwischen Sexualsystemen steuern.

Quelle: MPI für Biologie

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Mit der Genschere einzelne Zelltypen gezielt eliminieren

Mit CRISPR-Kill verhindern die Forschenden an der Modellpflanze Ackerschmalwand das Ausbilden von Seitenwurzeln. Abbildung: Angelina Schindele, KIT

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben die molekulare Schere CRISPR/Cas nun so weiterentwickelt, dass sie erstmals in der Lage sind, die komplette DNA spezifischer Zelltypen zu eliminieren und so deren Entstehung während der Pflanzenentwicklung zu verhindern. Die von ihnen CRISPR-Kill genannte Methode verhindert die Bildung spezifischer Organe während der Entwicklung. Dies soll dabei helfen, die Entwicklungsvorgänge bei Pflanzen besser zu verstehen und könnte dazu beiragen Pflanzen so zu verändern, dass sie etwa robuster gegen Schädlinge, Krankheiten oder extreme klimatische Bedingungen werden. Ihre Ergebnisse präsentieren die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Communications.

Quelle: KIT

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Modelsystem Insel: Anpassungen auf der Spur

Eine auf den den Kapverdischen Inseln wachsende Arabidopsis thaliana liegt auf einer anderen Pflanze. Foto: Angela Hancock, Andrea Fulgione, MPIPZ

Wildpopulationen der Modellpflanze Arabidopsis thaliana von den Kapverdischen Inseln geben Aufschluss über die Mechanismen der evolutionären Anpassung nach abrupten Umweltveränderungen. Nun hat ein internationales Team von Forschenden unter der Leitung von Dr. Angela Hancock vom Kölner Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) Wildpopulationen der Ackerschmalwand von den Kapverdischen Inseln genutzt, um die molekularen Veränderungen zu identifizieren, die den Erfolg in einem von Trockenheit geprägten Umfeld ermöglichen. Die Ergebnisse, die jetzt in Nature Communications veröffentlicht wurden, haben Auswirkungen auf die Pflanzenzüchtung und die nachhaltige Landwirtschaft.

Quelle: MPIPZ

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Buchenwäldern in Europa droht Gefahr durch Klimawandel

Edurne Martinez del Castillo bei einer Probenentnahme in den Bergen von Picos de Urbión im Norden Spaniens. Foto und (c): Fernando Martinez Peña

Die Buchenwälder in Europa sind durch den Klimawandel stark bedroht, besonders in den südeuropäischen Ländern, aber auch in Mitteleuropa. Modellrechnungen zufolge könnte das Wachstum von Buchen je nach Klimaszenario und je nach Region in den kommenden 70 Jahren zwischen 20 und über 50 Prozent zurückgehen. "Wir müssen vor allem am südlichen Rand der Verbreitungsgrenze der Buche mit hohen Produktivitätsverlusten aufgrund vermehrter Trockenheit rechnen", sagt Dr. Edurne Martinez del Castillo von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU). Die Wissenschaftlerin warnt gleichzeitig vor den Folgen dieser Entwicklung sowohl für die Ökologie als auch die Forstwirtschaft und rät dazu, umgehend Maßnahmen zur Anpassung der Wälder zu ergreifen. Auch die Bedeutung der Buchenwälder als Speicher von Kohlendioxid könnte leiden. Die Modellrechnungen basieren auf Baumringanalysen an 324 Standorten in Europa und gängigen Klimaszenarien. Die Studie wurde von der Alexander von Humboldt-Stiftung finanziell unterstützt und nun im Fachmagazin Communications Biology veröffentlicht.

Quelle: JGU

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Alle Lebewesen bilden Methan

Alle Lebewesen bilden Methan in einem chemischen Prozess unter Beteiligung freier Radikale. Grafik: Ehmad Chehre, MPI für terrestrische Mikrobiologie, Ernst

Bekannt ist, dass das Treibhausgas Methan von speziellen Mikroorganismen produziert wird, zum Beispiel im Magen von Kühen oder in Reisfeldern. Seit einigen Jahren beobachtete man auch seine Entstehung in Pflanzen und Pilzen, ohne eine Erklärung dafür zu finden. Nun haben Forscher aus Heidelberg und dem Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg den zu Grunde liegenden Mechanismus aufgeklärt. Ihre Ergebnisse legen nahe, dass alle Organismen Methan freisetzen. „Diese durch reaktive Sauerstoffverbindungen (ROS) ausgelöste Methanbildung findet höchstwahrscheinlich in allen Organismen statt“, erklärt Leonard Ernst, ein interdisziplinär ausgebildeter Nachwuchsforscher, der die Studie anführte, die im Fachblatt Nature erschien. "Diese Studie ist ein Meilenstein in unserem Verständnis der aeroben Methanbildung in der Umwelt", sagt Prof. Frank Keppler, Geowissenschaftler an der Universität Heidelberg. "Der universelle Mechanismus erklärt auch die früheren Beobachtungen zur Freisetzung von Methan aus Pflanzen."

Quelle: MPI für terrestrische Mikrobiologie

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Amazonas-Regenwald verliert an Widerstandsfähigkeit

Wie eine Datenanalyse von hochauflösenden Satellitenbildern zeigt, verliert der Amazonas-Regenwald wahrscheinlich an Widerstandsfähigkeit. Dies ist auf den Stress durch Abholzung und Brandrodung zurückzuführen - der Einfluss des vom Menschen verursachten Klimawandels ist bisher nicht eindeutig feststellbar, wird aber in Zukunft voraussichtlich eine große Rolle spielen. Bei etwa drei Vierteln des Waldes hat die Fähigkeit, sich von Störungen zu erholen, laut der Studie seit Anfang der 2000er Jahre abgenommen, die jetzt im Fachjournal Nature Climate Change veröffentlicht wurde. Dies sieht die Wissenschaft als Warnsignal. Die neuen Erkenntnisse beruhen auf einer neuartigen statistischen Analyse von Satellitendaten zu Veränderungen der Biomasse und Produktivität im Amazonaswald, wie das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) meldet.

Quelle: PIK

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Was Pflanzen elektrisch erregbar macht

Dreidimensionale Skizze des TPC1-Kanalproteins; der Blick geht von oben auf den vakuolären Poreneingang. Positionsänderungen von Aminosäureresten wie E605 beim Übergang vom geschlossenen Kanalzustand in einen Zustand mit teilweise geöffneter Pore. Grafiken: Thomas Müller, Uni Würzburg

Beim Menschen sind nur Nerven und Muskelzellen elektrisch erregbar, bei Pflanzen dagegen fast alle Zellen. Das liegt an einem ausgeklügelten Schaltmechanismus in einem Ionenkanal der Vakuole. Im Fachjournal PNAS hat das Team um Prof. Dr. Irene Marten und Prof. Dr. Rainer Hedrich von der Universität Würzburg nun neue Einsichten in die molekulare Arbeitsweise und Regulation des TPC1-Kanals veröffentlicht. Demnach spielt die neu entdeckte Bindungsstelle für vakuoläre Kalzium-Ionen in der ionenleitenden Pore des Kanals eine entscheidende Rolle.

Quelle: Uni Würzburg

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Entschlüsseltes Kartoffel-Genom ermöglicht neue Züchtungen

Kartoffeln vor Kartoffelpflanze. Foto: Ulrich Pollmann

Mehr als 20 Jahre nach der Entschlüsselung des menschlichen Genoms haben Forschende der Ludwig-Maximilians-Universität München und des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln zum ersten Mal das hochkomplexe Genom der Kartoffel komplett entschlüsselt. Diese technisch anspruchsvolle Studie, veröffentlicht in Nature Genetics, legt die biotechnologische Grundlage, um die Züchtung von robusteren Sorten zu beschleunigen. Das Team um den Genetiker Prof. Dr. Korbinian Schneeberger hatte dazu die Genome einzelner Pollenzellen analysiert und hat so das in jeder Zelle in vierfacher Kopie vorliegende Genom umgangen. Mit diesen Informationen können Forschende nun leichter Genvarianten identifizieren, die für erwünschte oder unerwünschte Eigenschaften verantwortlich sind - ein erster Schritt, sie in die Züchtung mit einzubeziehen oder auszuschließen.  

Quelle: MPIPZ

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Unerwartetes Waldsterben nach Klimaextremen beunruhigt Wissenschaft weltweit

Kiefernsterben in der Nähe von Jena, das im Hintergrund liegt. Foto und (c): Henrik Hartmann, Olaf Kolle, MPI-BGC

Internationale Waldexperten analysierten auffällige Ereignisse von Baum- und Waldsterben, die in den letzten Jahrzehnten klimabedingt auf der Erde auftraten. Überraschenderweise waren vermehrt solche Wälder betroffen, die nach wissenschaftlicher Kenntnis nicht als bedroht angesehen wurden. Die Studie unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie (MPI-BGC), veröffentlicht in Annual Reviews in Plant Biology, verdeutlicht zudem, dass weiteres Baum- und Waldsterben wahrscheinlich ist. Die Forscher zeigen auf, wie verbesserte Datenstrukturen zur Ursachenforschung und Früherkennung beitragen können.

Quelle: MPI-BGC

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Selenreiche Apfel-Neuheit fürs Immunsystem

Die rotschalige Selektion der Sorte Elstar ist die Basis der Apfel-Innovation. Foto: Hochschule Osnabrück

Mehr als zehnmal so viel Selen wie ein gewöhnlicher Apfel enthält der neue Apfel, der in mehrjähriger Forschung an der Hochschule Osnabrück entwickelt wurde. Das Spurenelement Selen ist für eine normale Funktion des Immunsystems und der Schilddrüse unentbehrlich. Die Apfel-Neuheit entwickelte Christoph Budke in mehrjährigen Versuchen im Rahmen seiner Doktorarbeit. Erste Tests an fünf Bäumen fanden bereits 2016 statt. Nach Untersuchungen mit acht unterschiedlichen Apfelsorten und der Auswertung von tausenden Proben erfolgte 2019 der erste Praxistest in einem Obstbaubetrieb. Der hohe Selengehalt in der Frucht wird durch eine Düngung der Apfelbäume mit einem selenreichen Algendünger erreicht. Auf diesem Weg kann der meist nur sehr geringe Selengeh-alt in Böden ausgeglichen werden. Der Apfel mit der Extraportion Selen ist aktuell das einzige regionale pflanzliche Lebensmittel, welches zuverlässig die Selenversorgung des Menschen unterstützen kann, erklärt Budke weiter. Auszüge der gemeinsamen Pressekonferenz mit Mediziner*innen der Charité-Universitätsmedizin Berlin nennt die Hochschule Osnabrück.

Quelle: Hochschule Osnabrück

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Klimawandel: „Die bisherigen Risikoabschätzungen waren zu optimistisch“

Der heute veröffentlichte Sachstandsbericht des Weltklimarats (IPCC) macht deutlich: Die Weltgemeinschaft wird noch früher und stärker mit den Folgen des Klimawandels konfrontiert als bislang angenommen. Für den Bericht werteten internationale Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Tausende von Studien aus, um die Folgen des Klimawandels zu bewerten. „Die bisherigen Risikoabschätzungen waren zu optimistisch“, sagt Matthias Garschagen, Inhaber des Lehrstuhls für Anthropogeographie mit dem Schwerpunkt Mensch-Umwelt-Beziehungen am Department Geographie der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU). „Wir haben es immer mehr mit Verflechtungen und Komplexitäten im System zu tun, durch die sich Risiken gegenseitig hochschaukeln, etwa wasserbezogene und nahrungsmittelbezogene Risiken. Diese Komplexität hat die Wissenschaft erst in den letzten Jahren verstärkt in den Blick genommen.“

Quelle: LMU

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Wie Mikroben Pflanzen vor Krankheit schützen

Kolorierte Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme von Pseudomonas-Bakterien, beim Eindringen in die Spaltöffnung eines Pflanzenblatts. Aufnahme: Sonja Kersten, MPI für Biologie Tübingen

Wie die Besiedelung von nützlichen Pseudomonas-Stämmen vor deren schädlicher bakterieller Verwandtschaft schützt, zeigen Forschende des Max-Planck-Instituts für Biologie in Tübingen in der Fachzeischrift Nature Ecology & Evolution. Demnach verbessert die Koexistenz von gutartigen und krankheitserregenden Pseudomonas-Bakterien auf den Blättern von Arabidopsis thaliana die Gesundheit der Pflanze. Abhängig ist das genaue Ausmaß des Schutzmechanismus von den genetischen Eigenschaften sowohl der Pflanze als auch der Mikroben. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, natürliche Alternativen zu synthetischen Pestiziden zu entwickeln.

Quelle: MPI für Biologie

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Aschenputtel der chemischen Biologie

Schematische Darstellung der Auswirkungen einer 2‘,3‘-cAMP-Behandlung auf A. thaliana auf der Ebene der Transkriptomik, Proteomik und Metabolomik. 2‘,3‘-cAMP ruft die gleichen Veränderungen in der Pflanze hervorruft wie abiotischer Stress. Grafik: Dr. Monika Chodasiewicz

Pflanzenforschende um Aleksandra Skirycz am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Golm (MPIMP) entwickelten eine neuartige Strategie zur Identifizierung von Protein-Molekül-Komplexen. Eine wichtige Gruppe kleiner Moleküle, die im Rahmen dieser neuartigen Strategie identifiziert werden konnte, sind 2',3'-cAMP-Nukleotide, die Produkte des RNA-Abbaus darstellen und offensichtlich eine wichtige Rolle bei der Regulation von Stressreaktionen spielen. Veröffentlicht haben sie ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Plant Physiology.

Quelle: MPIMP

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Birken entfernen Mikroplastik aus dem Boden

Birken als Bodenreiniger für Mikroplastik. Foto: Kat Austen

Mithilfe von Bäumen könnten mit Mikroplastik belastete Böden saniert werden. Erstmals zeigen Forschende unter Leitung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB), dass die Hänge-Birke während der Wachstumsphase Mikroplastik über die Wurzeln aufnimmt. Eine gute Nachricht, denn Böden sind um ein Vielfaches höher mit Mikroplastik verschmutzt als Meere und Ozeane. Über ihre Ergebnisse berichtet das Forschungsteam im Fachjournal Science of The Total Environment, meldet das Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB).

Quelle: IGB

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Bestäubung durch Vögel kann von Vorteil sein

Warum haben einige Pflanzenarten in ihrer Evolution den Bestäuber gewechselt? Ein internationales Forscherteam um PD Dr. Stefan Abrahamczyk vom Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen an der Universität Bonn und der Xi’an Jiaotong-Liverpool University Suzhou (China) hat die Reproduktionssysteme von drei Schwester-Artpaaren untersucht, bei denen die eine Art von Insekten und die andere von Kolibris bestäubt wird. Mittels einer Reihe von Bestäubungsexperimenten stellte sich heraus, dass alle kolibribestäubten Arten einen deutlich höheren Samenansatz hatten und die Samen über eine deutlich höhere Keimungsrate verfügten, wenn sie aus einer Bestäubung mit Pollen eines anderen Pflanzenindividuums derselben Art hervorgegangen sind. “Aus diesen Ergebnissen lässt sich schließen, dass sich Kolibribestäubung in den Populationen bienenbestäubter Arten entwickelt hat, die besonders stark auf Fremdbestäubung angewiesen sind, sich also nicht selbstbefruchten können”, sagt Abrahmamczyk. Durch ihren größeren Aktivitätsradius im Vergleich zu Bienen und ihren häufigen Wechsel zwischen verschiedenen Pflanzenindividuen der gleichen Art können Kolibris besonders Pflanzen, die sich nicht selbst befruchten, deutlich effektiver bestäuben als Bienen. Die Studie ist im Journal Ecology and Evolution erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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Venusfliegenfalle mit Äther betäubt

Eine betäubte Venusfliegenfalle (oben) kann sich nicht mehr schließen, wenn sie zum Beispiel von einer Ameise stimuliert wird. Grund hierfür ist, dass Äther die Ausbreitung eines Kalziumsignals vom sensorischen Haar in die Falle verhindert (rechts). Grafiken: Sönke Scherzer, Uni Würzburg

Die fleischfressende Venusfliegenfalle lässt sich mit Äther betäuben. Welche Parallelen zu Narkosen beim Menschen sich dabei zeigen, schildern Würzburger Forschende um Prof. Dr. Rainer Hedrich und Sönke Scherzer im Fachjournal Scientific Reports. „Wir zeigen mit dieser Arbeit, dass die Venusfliegenfalle nicht nur der Pflanzenforschung, sondern auch der Medizin als Studienobjekt dienen kann. Mit ihr könnte es möglich sein, den Wirkmechanismus von Arzneimitteln zu untersuchen, ohne Tierversuche durchführen zu müssen“, stellt Erstautor Scherzer in Aussicht.

Quelle: Uni Würzburg

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Kein verstärktes Absterben von Buchen in Trockenjahren 2018/19 durch Waldwirtschaft

Das Luftbild von 2018 zeigt das Untersuchungsdesign mit systematisch verteilten Stichprobenflächen im Naturwaldreservat mit dicht geschlossenem Kronendach (orange) und im benachbarten Wirtschaftswald mit aufgelockertem Kronendach (gelb). Grafik: NW-FVA

Die extremen Dürrejahre 2018 und 2019 haben zu einem Absterben zahlreicher Waldbestände geführt. Nicht nur die allgemein als empfindlich bekannten Fichtenwälder waren davon betroffen, sondern auch die als robust geltenden Buchenwälder zeigten vielfach eine auffallend schüttere Belaubung und eine erhöhte Absterberate. Als Folge wurden in einigen Bundesländern daher Erntemaßnahmen in alten Buchenwäldern gestoppt. Ein Forschungsteam der Nordwestdeutschen Forstlichen Versuchsanstalt (NW-FVA) und der Universität Freiburg hat in ausgewählten hessischen Wäldern untersucht, ob sich in den Dürrejahren 2018/19 die Absterberaten von Buchen in Wirtschaftswäldern von denen in unbewirtschafteten Wäldern unterschieden. „Unsere Untersuchung zeigt weder ein dramatisches Absterben von Buchenwäldern noch einen negativen Einfluss der Waldbewirtschaftung auf die Sterblichkeitsrate“, erklärt Dr. Peter Meyer von der NW-FVA, Erstautor der Studie. Er und Prof. Dr. Jürgen Bauhus von der Professur für Waldbau der Universität Freiburg haben ihre Ergebnisse in unserer Fachzeitschrift Plant Biology veröffentlicht.

Quelle: Uni Freiburg

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Schutz vor dem molekularen Schredder

NatA-Substrate werden durch fehlende Acetylierung am Beginn des Proteins in Pflanzen instabil. Linster et al., Nature Communications, CC-BY 4.0

Pflanzen sind an einen Standort gebunden und müssen sich an ihre Umwelt anpassen, auch an widrige Bedingungen. Um dabei nicht unnötig Energie zu verschwenden, regulieren Pflanzen ihren Proteinumsatz in der Zelle ganz präzise. Forschende des Centre for Organismal Studies der Universität Heidelberg haben nun einen zellulären Mechanismus identifiziert, der Proteine stabilisiert, indem er deren Abbau verhindert. Wie das Team um Dr. Markus Wirtz und Prof. Dr. Rüdiger Hell im Fachjournnal Nature Communications schreibt, schützen Adrabidopsis-Pflanzen einen Großteil der Proteine durch Acetylierung vor dem Abbau durch das Proteasom, was ihre Lebensdauer verlängert.

Quelle: Uni Heidelberg

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Invasive Arten: Vorsorge könnte weltweit eine Billion Euro einsparen

Die Robinie ist der am weitesten verbreitete invasive Baum in Österreich. Ursprünglich stammt sie aus Nordamerika. Foto: Franz Essl

Welche Kosten durch invasive Arten entstehen und wie diese verhindert werden könnten, haben der Senckenberg-Wissenschaftler Dr. Phillip Haubrock und Forschende aus 17 internationalen Institutionen untersucht. Wie sie zeigen, sind die Kosten von Schäden durch invasive Arten mindestens zehnmal so hoch sind wie die Ausgaben, die für ihre Bekämpfung notwendig wären. Durch Vorsorgemanagement könnten laut der heute im Fachjournal Science of the Total Environment  erscheinenden Studie weltweit eine Billion Euro eingespart werden.

Quelle: Senckenberg

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Gentechnik kann sich positiv aufs Klima auswirken

Die Ausdehnung der Fläche für die Landwirtschaft trägt in Brasilien erheblich mit zur Regenwaldrodung bei. Foto: ZEF, Uni Bonn

Eine neue Studie der Universität Bonn und des Breakthrough-Instituts (USA) zeigt, dass sich gentechnisch veränderte Pflanzen positiv auf die Umwelt und vor allem das Klima auswirken könnten. In der Studie nutzen Prof. Dr. Matin Qaim, Direktor des Zentrums für Entwicklungsforschung (ZEF) der Universität Bonn und seine amerikanischen Kolleginnen und Kollegen globale landwirtschaftliche Daten und schätzen die Ertragseffekte. Daraus modellieren sie, wie sich die Verwendung von gentechnisch veränderten Pflanzen in der EU auf die Produktion, Landnutzung und Treibhausgas-Emissionen auswirken würde. Die Ergebnisse: Der Anbau von gentechnisch veränderten Sorten könnte in der EU zu einer Emissionsverringerung von 33 Millionen Tonnen CO2 führen. Das entspricht rund 7,5 Prozent der gesamten jährlichen Emissionen der EU-Landwirtschaft. „Der größte Teil dieser positiven Klimaeffekte ergibt sich durch verringerten Landnutzungswandel“, sagt Erstautorin Dr. Emma Kovak vom Breakthrough-Institut. Die Schlussfolgerung des Forschungsteams: „Die EU importiert große Mengen Mais und Soja aus Brasilien, wo die Ausdehnung landwirtschaftlicher Flächen zur Regenwaldabholzung beiträgt. Höhere Erträge in der EU könnten zumindest einen Teil dieser Importe reduzieren und damit einen Beitrag zum Schutz des Amazonas-Regenwalds leisten.“ Ihre Ergebnisse publizierte das Team in der Fachzeitschrift Trends in Plant Science.

Quelle: Uni Bonn

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Wie Pflanzen die Symbiosebildung und Phosphat-Ernährung zusammenbringen

Bäumchenförmige Membranausstülpungen eines arbuskulären Mykorrhizapilzes in einer Wurzel gefärbt mit Fluoreszenzfarbstoff. Aufnahme und (c): Andreas Keymer, TUM

Wie eine Symbiose mit Pilzen auf molekularer Ebene durch den Ernährungszustand mit Phosphat der Pflanze reguliert wird, hat ein Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter Federführung der Technischen Universität München (TUM) und der chinesischen Universität Hong Kong aufgeklärt und im Januar im Fachjournal Nature Communications veröffentlich. Wie sie mit Reis-Pflanzen und der Hülsenfrucht Lotus japonicus herausfanden, reguliert der zentrale Transkriptionsfaktor namens PHR nicht nur klassische Phosphatmangel-Gene, sondern eine ganze Gruppe von Genen, die für die Ausbildung und das Funktionieren der arbuskulären Mykorrhiza notwendig sind. Hierzu gehören etwa Biosynthese-Gene für das Hormon Strigolakton, mit dem sie den Pilz aktiviert und anlockt. Die arbuskuläre Mykorrhiza Symbiose birgt hohes Potenzial für die Anwendung in nachhaltiger Landwirtschaft, denn sie kann dafür sorgen, dass weniger Kunstdünger benötigt wird. „Auf der Grundlage unseres neuen Wissens könnte durch Züchtung oder Genom-Editierung die Phosphat-Empfindlichkeit von Pflanzen verändert werden“, sagt Caroline Gutjahr, Professorin für Pflanzengenetik an der TUM.

Quelle: TUM

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Seltene Gänsekresse-Arten schützen sich womöglich selbst vor dem Aussterben

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaflter haben in den Rheinauen eine Gänsekresseart gefunden, die sich mit einer anderen, eng verwandten Art kreuzt, und dadurch vor dem Aussterben bewahrt werden könnte, siw sie im Fachjournal Molecular Biology and Evolution berichten. Dies führt zu einer Mischpopulation mit höherer genetischer Vielfalt, in der sich aus einem Patchwork der beiden Populationen eine Art „Super-Genotyp“ herausbilden könnte, der das Überleben der beiden Arten sichert. Das ist das Ergebnis einer Rekonstruktion der Entwicklungsgeschichte der Gänsekressepopulation der Biolog*innen Professorin Dr. Juliette de Meaux und Dr. Hannes Dittberner von der Universität zu Köln und ihrem Kollegen Professor Dr. Aurélien Tellier von der TU München.

Quelle: Uni Köln

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7 bis 9 Prozent aller europäischen Gefäßpflanzen gefährdet

Collage mehrerer Gefäßpflanzen. Grafik: Vlaev, Dimiter in Peev, D. et al. (eds, 2015): Red Data Book of the Republic of Bulgaria. Vol. 1. Plants and Fungi.

Sieben bis neun Prozent aller in Europa vorkommenden Gefäßpflanzenarten sind in ihrem weltweiten Fortbestand gefährdet. Das ist das Ergebnis einer Studie unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und der Universität Leipzig. Grund hierfür ist, dass sie ausschließlich in bestimmten, begrenzten Gebieten in Europa vorkommen und in diesen vollständig gefährdet sind. Sieben bis neun Prozent entspricht etwa 1.800 von den schätzungsweise 20.000 bis 25.000 bekannten europäischen Gefäßpflanzenarten. Von diesen 1800 Arten sind 83 Prozent nicht in der IUCN-Liste aufgeführt. In ihrer Studie kombinierten die Forschenden Rote Listen gefährdeter Pflanzenarten (außer Moose, Algen oder Flechten) in Europa mit Daten ihrer weltweiten Verbreitung und schlossen damit eine Datenlücke zum Aussterberisiko von Gefäßpflanzenarten. Die Studie ist in der Fachzeitschrift Plants, People, Planet veröffentlicht worden. Die Arbeit hilft, das Gesamt-Gefährdungsrisiko von Pflanzenarten einzuschätzen und unterstützt so die Grundlage internat. Naturschutzaktivitäten.

Quelle: iDiv

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Treibhausgase: Kongo-Tropenwald ist einfach anders

Ein kleiner Zufluss zum Kongo in der sogenannten Cuvette Centrale, eine grosse, von Sümpfen und Feuchtgebieten geprägte Senke des Kongobeckens. Foto: Matti Barthel, ETH Zürich

Bisher nahm die Forschung an, dass das riesige Waldgebiet des Kongobeckens wie andere Tropenwälder auch grosse Mengen Lachgas freisetzt und Methan bindet. ETH-​Forschende zeigen nun, dass es sich anders verhält: Methan kommt frei, die Lachgas-​Emissionen sind kleiner als gedacht. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse im Fachjournal Nature Communications.

Quelle: ETH Zürich

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Landnutzung: Plädoyer für einen gerechten Artenschutz

Natur und Landwirtschaft: Eine Studie mit Beteiligung des KIT beleuchtet den Zielkonflikt zwischen Ernährungssicherheit und Biodiversität. Foto: Markus Breig, KIT

Große Landflächen radikal für Tiere und Pflanzen reservieren – das könnte die Menschheit in den nächsten Jahrzehnten vor einem Kollaps der Artenvielfalt bewahren. Doch in einigen Ländern, insbesondere des globalen Südens, könnte das die Versorgung mit Nahrungsmitteln gefährden. Auf diesen Zielkonflikt machen jetzt Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gemeinsam mit Partnern aus Großbritannien und Österreich in einer Studie in der Fachzeitschrift Nature Sustainability aufmerksam und plädieren für ein umsichtiges Vorgehen.

Quelle: KIT

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Intensität der Landnutzung gefährdet Biodiversität weltweit

Land- und Forstwirtschaft sowie Infrastruktur beeinflussen, verändern oder zerstören natürliche Lebensräume. Konsequenzen für die Biodiversität werden meist auf Basis der durch Landnutzung beanspruchten Fläche berechnet. Aber auch die Intensität der Nutzung spielt eine Rolle, zeigt eine neue Studie von Philipp Semenchuk vom Department für Botanik und Biodiversitätsforschung der Universität Wien, der Universität für Bodenkultur Wien und des Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrums Frankfurt. Die Gefährdung von Landwirbeltieren lässt sich zu etwa 25 Prozent auf die Intensität der Nutzung zurückführen. Ergebnisse der vom Wiener Wissenschafts-, Forschungs- und Technologiefonds (WWTF) geförderten Studie erscheinen nun im Fachjournal Nature Communications.

Quelle: Uni Wien

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Was Carotinoide mit Pflanzenertrag und Toleranz zu tun haben

Vergleich des Wildtpys (links) mit LCYB-exprimierenden Tomaten (rechts). Foto: Juan C. Moreno

In einer in der Fachzeitschrift Metabolic Engineering veröffentlichten Studie zeigt ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Juan C. Moreno vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP), wie sich Veränderungen im Carotinoid-Stoffwechsel auf die Biomasse-Produktion und die Anpassung an veränderte Umweltbedingungen (Fitness) bei Pflanzen auswirken. Die Einführung eines einzelnen Gens des Carotinoid-Biosyntheseweges (LCYB) in verschiedene Tomatensorten, tiefgreifende Veränderungen in den Carotinoid-, Apocarotinoid- und Phytohormon-Biosynthesewegen hervorrufen. Tatsächlich konnte auf diese Weise die Biomasseverteilung und die abiotische Stresstoleranz (Licht-, Salz- und Trockenheitstoleranz) beeinflusst werden. Die Stoffwechselveränderungen führten zu einer Steigerung des Fruchtertrages um bis zu 77 % und zu einer 20-fachen Erhöhung des Provitamin-A-Gehaltes in den Früchten. „Die Ergebnisse aus unserer Studie ebnen den Weg für die Entwicklung einer neuen Generation von Nutzpflanzen, die eine hohe Produktivität mit einer verbesserten Nährstoffzusammensetzung auf sich vereinen und zudem besser mit den durch den Klimawandel verursachten Umweltveränderungen zurechtkommen“, sagt Dr. Moreno.

Quelle: MPI-MP

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Chemische Abwehr gegen saugende Zikaden entschlüsselt

Blattzikade der Gattung Empoasca. Foto: Danny Kessler, MPI für chemische Ökologie

Wie sich der Koyotentabak (Nicotiana attenuata) vor saugenden Blattzikaden (Empoasca) schützt, schildern Forschende um Ian Baldwin vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena in einer neuen Studie in der Zeitschrift Science. Den neuen Mechanismus entschlüsselten sie durch die Verknüpfung ausgefeilter molekularbiologischer und chemisch-analytischer Methoden. Damit identifizierten sie nicht nur einen bislang unbekannten Abwehrstoff, sondern beschreiben auch auch die Gene, die für seine Bildung verantwortlich sind. „Man kann unser Vorgehen als 'naturgeschichtlich geleitete Vorwärtsgenetik' bezeichnen," sagt Baldwin. "Die Naturgeschichte und die Beobachtung des Fressverhaltens der Zikaden hat den Entdeckungsprozess vorangetrieben. Denn wenn es um Chemie geht, bleibt die Natur die beste Erfinderin."

Quelle: MPI für chemische Ökologie

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Schutzmechanismus gegen negative Folgen der Ammonium-Düngung identifiziert

Verkürztes Wurzelwachstum von Ammonium-ernährten Arabidopsis-Pflanzen (oben) und Nachweis reaktiver Sauerstoffspezies durch Fluoreszenzfärbung (unten). Abbildung: IPK Leibniz-Institut

Obwohl Ammonium eine wichtige anorganische Stickstoffquelle für Pflanzen ist, wirken hohen Konzentrationen toxisch und können das Wurzelwachstum bereits in einem frühen Stadium hemmen. Ein internationales Forschungsteam unter Federführung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) hat nunmehr einen pflanzlichen Schutzmechanismus rund um das Vitamin B6 identifiziert, mit dem Pflanzen die negativen Begleiterscheinungen der Ammonium-Zufuhr umgehen können. Die Ergebnisse hat das Team im Magazin Molecular Plant veröffentlicht.

Quelle: IPK Leibniz-Institut (pdf)

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Neue Schätzung der Anzahl an Baumarten auf der Erde

Wie viele Arten die Erde bevölkern, ist eine der grundlegendsten Fragen der Ökologie. Sie ist noch immer ungelöst, selbst bei bislang gut untersuchten Lebensformen wie Bäumen. Nun haben Forschende aus aller Welt unter Beteiligung von Martin Herold vom Deutschen GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) im Fachmagazin PNAS ihre Daten zusammengetragen und eine neue Schätzung für die Anzahl der Baumarten vorgelegt – auf biologischer, kontinentaler und globaler Skala. Den neuen Schätzungen zufolge gibt es auf der Erde rund 73.300 Baumarten, 14 Prozent mehr als bislang angenommen. Etwa 9.000 davon müssten noch entdeckt werden, 40 Prozent davon – so die Erwartung der Forschenden – in Südamerika. Nicht nur ein Drittel der bislang bekannten, auch die meisten unentdeckten Arten seien selten, nur auf bestimmten Kontinenten verbreitet und tropisch oder subtropisch. Die Schätzung der Anzahl der Baumarten ist von grundlegener Bedeutung für unser Verständnis vom Funktionieren von Ökosystemen und für die Optimierung und Priorisierung von Waldschutzmaßnahmen auf der ganzen Welt.

Quelle: GFZ

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Wie Pflanzen Polyspermie verhindern

Eine Arabidopsis-Blüte mit teilweise freigelegten Samenanlagen (links). Die Bildmitte entspricht dem markierten Ausschnitt - Pollenschläuche im Transmissionsgewebe. Jeweils ein Pollenschlauch wächst zur Samenanlage. Rechts die molekularen Zusammenhänge. Aufnahme und (C): Dr. Bleckmann, UR

Forschende aus China, USA und Regensburg schilderten vor kurzem im Fachmagazin Science den molekularen Mechanismus, wie die Senfpflanze Arabidopsis verhindert, dass eine Samenanlage von mehreren Pollenschläuchen befruchtet wird. Das ist wichtig, denn wenn mehr als ein Pollenschlauch in eine Samenanlage wächst, werden Eizelle und Zentralzelle mehrfach befruchtet (Polyspermie) und die anschließende Samenentwicklung stoppt, was zu Ernteverlusten führt. „Insbesondere durch die seit über acht Jahren sehr enge Zusammenarbeit mit dem Qu-Labor an der Peking Universität konnten wir jetzt die molekularen Mechanismen entschlüsseln, die dazu führen, dass nur genau ein Pollenschlauch in jede Samenanlage geleitet wird“, erläutert Zellbiologe Professor Dr. Thomas Dresselhaus von der Universität Regensburg (UR). Das Team konnte zeigen, dass das Auswachsen des ersten Pollenschlauches eine Signalkaskade in Gang setzt, die zur Blockade führt und das Auswachsen weiterer Pollenschläuche verhindert. „Auch wenn ich mich über den erneuten Forschungserfolg sehr freue“, gibt Prof. Dresselhaus auch zu bedenken, „so bin ich doch über die Jahre der Kooperation auch zunehmend beunruhigt. Gerade mit Blick nach China lässt sich erkennen, wie dort mit zunehmenden Investitionen in Forschungsinfrastruktur und Ausbildung bei gleichzeitig niedrigerem Verwaltungsaufwand effizienter gearbeitet werden kann. Diese Entwicklung gefährdet auf Dauer unsere Konkurrenzfähigkeit im internationalen Wettbewerb“, warnt Dresselhaus.

Quelle: UR

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Algen sind die effizienteren „Pflanzen“

Photobioreaktoren (PSI, Tschechische Republik) mit Flüssigkulturen der einzelligen Grünalge Chlorella ohadii, zur Messung und Überwachung des Wachstums und der Photosyntheseraten. Foto und (c): Haim Trebes, MPI-MP

Die Photosynthese ist ein Prozess in Pflanzen und Algen, der sich über die letzten drei Milliarden Jahre etabliert und ständig angepasst hat. Forschende vermuten allerdings, dass dieser wichtige Prozess in Nutzpflanzen immer noch nicht effizient genug abläuft, so dass sie diesen weiter verbessern und somit den Ertrag von Nutzpflanzen steigern könnten. Ein Vorbild könnten Algen sein, die sich vor allem an sehr extreme Standorte angepasst haben. Diese detailliert zu analysieren war bisher allerdings kaum möglich. Eine neue Methode, die Forschende am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) Im Dezember in Nature Plants veröffentlicht haben, soll dazu beitragen zukünftig diese Wissenslücken zu schließen.

Quelle: MPI-MP

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Genom-Atlas soll den Erhalt der Artenvielfalt in Europa unterstützen

Die Erstellung hochwertiger Referenzgenome für Pflanzen, wie dieser Streptophyten-Alge, kann Hinweise für das Verständnis der Evolution von Pflanzen an Land sowie verschiedener Photosynthese-Methoden liefern. Foto: Dr Tatyana Darienko

Um wichtige genetische Daten für die Erforschung der Artenvielfalt in Europa bereitzustellen, haben sich über 600 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 48 Ländern zusammengeschlossen. Sie haben den „Europäischen Referenz-Genom-Atlas“ (ERGA) initiiert, an dem sich auch ein Team der Universität Göttingen beteiligt. Ziel ist, hochwertige Genomanalysen, so genannte Referenzgenome, für rund 200.000 Arten in Europa zu schaffen. Bislang sind solche Daten nur für einen kleinen Teil der Arten verfügbar. Die Notwendigkeit, diese Lücke zu schließen, wird in einem Perspektivpapier in der Fachzeitschrift Trends in Ecology and Evolution hervorgehoben.

Quelle: Uni Göttingen

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Neue Funktion von Mitochondrien als "Schutzpatrone" der Proteinfaltung

Die Abbildung zeigt zwei Wurzelspitzen der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), die in der Studie als Modellpflanze diente. Die Zellen enthalten einen Biosensor (roGFP2iL) im Endoplasmatischen Retikulum (ER), der den Redoxzustand vor Ort ausliest und in der rechten Wurzel reduktiven Stress anzeigt. Aufnahme und (c): Markus Schwarzländer und Philippe Fuchs, WWU

Mitochondrien bieten einem Forschungsteam der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster zufolge unerwartete Krisenhilfe für Zellen, indem sie schädliche Stoffe „veratmen“. Eine aktuelle Studie des Teams um Prof. Dr. Markus Schwarzländer und Erstautor Dr. Philippe Fuchs aus dem Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen (IBBP) zeigt dreierlei:

  • dass dieser Mechanismus durch reduktiven Stress ausgelöst werden kann
  • dass er die Faltung von für den Export bestimmten Proteinen beschützt und
  • dass die „Zellkraftwerke“ somit noch flexibler agieren als bisher bekannt.

Die Studie publizierte das Team im Fachjournal The Plant Cell.

Quelle: WWU

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Wüstengebiete und Tiefsee weltweit weniger geschützt

Gebirgslebensräume wie hier im Nationalpark Berchtesgaden, sind laut einer Studie unter Federführung der TUM, recht gut geschützt, während andere Lebensräume bisher weniger gut geschützt sind. Foto und (c): Christian Hof, TUM

Schutzgebiete gehören zu den effektivsten Mitteln, um die biologische Vielfalt zu erhalten. Allerdings werden neue Schutzgebiete oft eingerichtet, ohne bereits bestehende Reservate zu berücksichtigen. Dies kann zu einer Überrepräsentation bestimmter biophysikalischer Eigenschaften wie Temperatur oder Topografie führen, die ein bestimmtes Gebiet ausmachen. Eine Forschungsgruppe an der Technischen Universität München (TUM) hat nun in einer globalen Analyse bewertet, welchen Schutzumfang verschiedene biophysikalische Bedingungen haben. Ihre Analysen publizierten sie im Fachjournal Conservation Biology.

Quelle: TUM

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Globales Vorkommen von Flechten anhand der Funktion ihrer Sekundärstoffe erklärt

Die globalen Verbreitungsmuster von Flechten-Lebensgemeinschaften sind nicht nur ein Effekt interner evolutionärer Prozesse. Sie sind offenbar das Ergebnis einer durch Umweltfaktoren gesteuerten Selektion über die Produktion von sogenannten Flechtenstoffen. Ein interdisziplinäres Forschungsteam korrelierte mit Beteiligung des SNSB IT-Zentrums die Forschungsdaten von über 10.000 Flechtenarten aus unterschiedlichen Informationssystemen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler*innen bereits im November in der Fachzeitschrift Ecology Letters.

Quelle: SNSB

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Im Wattenmeer schrumpfen die Mikroalgen

Die Zellgröße vieler Diatomeen, ähnlich denen auf diesem Bild, hat sich im Wattenmeer in den vergangenen Jahren deutlich verringert. Aufnahme: Patrick Thomas, Uni Oldenburg

Das Zellvolumen von Mikroalgen im niedersächsischen Wattenmeer hat sich zwischen 2006 und 2019 um 30 Prozent verringert. Insbesondere Diatomeen (Kieselalgen), waren von dieser Schrumpfung betroffen. Das berichtet ein Team um den Biodiversitätsexperten Prof. Dr. Helmut Hillebrand vom Institut für Chemie und Biologie des Meeres an der Universität Oldenburg (UOL) in der Fachzeitschrift Limnology and Oceanography. Der langjährige Trend könnte dem Team zufolge auf steigende Temperaturen und einen sinkenden Gehalt des Nährstoffs Phosphor in der Nordsee zurückgehen. Die abnehmende Zellgröße der einzelligen Algen könne ein Indikator für Veränderungen in der Lebensgemeinschaft insgesamt sein, so die Forschenden.

Quelle: UOL

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Blattgemüse kam schon vor 3500 Jahren in Afrika auf den Tisch

Ausgrabung eines Nok-Gefäßes am Fundplatz Ifana 3. Foto: Peter Breunig, GU

In Westafrika gehört Blattgemüse als Beilage zu vielen Gerichten wie dem gestampften Yams im Süden der Region. In Zusammenarbeit mit Chemikern der Universität Bristol ist Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Goethe-Universität Frankfurt nun der Nachweis gelungen, dass die Ursprünge solcher Gerichte 3500 Jahre zurückreichen, wie sie im Fachjournal Archaeological and Anthropologial Sciences schildern. Dazu hatten die Forschenden mehr als 450 Töpfe aus prähistorischer Zeit wurden untersucht, 66 von ihnen enthielten Reste von Lipiden. Mehr als ein Drittel der 66 Lipidprofile zeigten sehr unterschiedliche und komplexe Verteilungsmuster – ein Hinweis darauf, dass hier verschiedene Pflanzen und Pflanzenteile verarbeitet wurden.

Quelle: Uni Frankfurt

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Bäume rufen zur Verteidigung Tier herbei

Leipziger Forschende konnten den pflanzlichen „Hilferuf“ erstmals im natürlichen Lebensraum nachweisen, dem Blätterdach des Leipziger Auwaldes. Foto: iDiv

Waldbäume senden bei Befall durch Pflanzenfresser Duftstoffe aus. Damit locken sie räuberische Insekten und sogar Vögel an und befreien sich so von ihren Plagegeistern. Was bislang nur in Laborexperimenten nachgewiesen worden war, konnten Forschende unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Friedrich-Schiller-Universität Jena und der Universität Leipzig nun erstmals im natürlichen Lebensraum zeigen – im Kronendach des Leipziger Auwalds. Die chemischen Hilferufe bestimmen sogar die Zusammensetzung der Insektengemeinschaft im Blätterdach, berichten die Forschenden im Fachjournal Ecology Letters. Dieses Wissen kann künftig für die natürliche Schädlingsbekämpfung in Land- und Forstwirtschaft nützlich sein.

Quelle: iDiv

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Nutzungsanalyse und Appell: Zugang zu Digitalen Sequenz-Informationen muss frei sein

Nutzung Digitaler Sequenzinformationen: Kreisverkehr statt Einbahnstraße. Grafik: IPK Gatersleben und DSMZ

Nicht zuletzt die COVID-19-Pandemie hat gezeigt, wie wichtig der Austausch global verfügbarer, digitaler Sequenz-Informationen (DSI) beziehungsweise Nukleotidsequenzdaten (NSD) ist. Forschende des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) und des Leibniz-Instituts DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH haben nun untersucht, wie solche Daten bisher aufbereitet und genutzt werden. Demnach greift ein einfaches Modell einer ausschließlichen Anbieter-Nutzer-Beziehung viel zu kurz. Die vereinfachte Vorstellung, nach der Länder mit einer großen biologischen Vielfalt nur Zugang zu genetischen Ressourcen gewähren und die Wissenschaft nur in den reichen Staaten diese Daten nutzt und eine Wertschöpfung erzielt, ist nicht länger haltbar. "Viele glauben, es läuft wie eine Einbahnstraße. Aber das ist falsch. Es ist eine Art Kreisverkehr mit Zufahrten und Abfahrten“, sagt Dr. Amber Hartman Scholz vom Leibniz-Institut DSMZ und Erstautorin einer der beiden Studien im Journal Giga Science veröffentlichten Studien. „Die Nutzung von DSI von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in den Herkunftsländern ist viel starker als wir erwartet haben. Wir schätzen, es ist gerade dieses offene DSI-Ökosystem, das dazu führt, dass DSI in Ländern mit einem eher niedrigen Bruttoinlandsprodukt stärker genutzt werden als gedacht", sagt die DSMZ-Forscherin. „Deshalb sollten alle politischen Entscheidungen darauf abzielen, den offenen Zugang zu diesem wichtigen Gemeingut zu erhalten.“ „Neue Entdeckungen in den Lebenswissenschaften sind auf offen zugängliche Daten angewiesen", sagen Dr. Matthias Lange von der Arbeitsgruppe „Bioinformatik und Informationstechnologie“ am IPK und Hauptautor der zweiten Studie im Journal Giga Science und Dr. Guy Cochrane, Leiter des Europäischen Nukleotid-Archivs am EMBL-EBI. Gemeinsam appellieren Dr. Amber Hartman Scholz, Dr. Guy Cochrane und Dr. Matthias Lange an die politischen Entscheidungstragenden, auch künftig den freien Zugang zu den digitalen Sequenzinformationen zu erhalten.

Quelle: IPK (pdf)

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Mistel-Genom analysiert

Die Weißbeerige Mistel (Viscum album). Das Bild zeigt eine im Winter aufgenommene weibliche Mistelpflanze in den Herrenhäuser Gärten in Hannover. Foto und (c): Hans-Peter Braun, LUH

Einem Forschungsteam der Leibniz Universität Hannover (LUH) ist es jetzt gelungen, Einblicke in das Genom der weißbeerigen Mistel (Viscum album) zu gewinnen. Die Mistel ist eine halbparasitische immergrüne Blütenpflanze, die auf Ästen verschiedener Bäume wächst und sich nicht nur durch einen ganz besonderen Lebenszyklus auszeichnet, sondern auch wegen ihrer Inhaltsstoffe bekannt ist, die in der Humanmedizin ihren Einsatz finden. Das Genom der Mistel konnte bisher jedoch aufgrund seiner exzeptionellen Größe mit rund 90 Milliarden Nukleotiden nicht analysiert werden, das ist etwa 30-mal größer als das Genom des Menschen. Daher untersuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Lucie Schröder (M. Sc.), Prof. Hans-Peter Braun und Prof. Helge Küster vom Institut für Pflanzengenetik der LUH die Transkripte des Genoms. Insgesamt konnten die Forschenden auf diese Weise mehr als 39.000 Gensequenzen der Mistel aufklären und die entsprechenden Proteinsequenzen vorhersagen. „An Parasiten und Halbparasiten kann man viel lernen, da sie nicht alle Lebensprozesse selbst ausführen müssen“, erläutert Prof. Hans-Peter Braun. „Wenn bestimmte Strukturen fehlen, wird klarer, wofür diese gut sind und wie sie genau funktionieren.“ Die Mistel hat beispielsweise einen besonderen Atmungsmechanismus, dessen Untersuchung auch zu einem besseren Verständnis von Fehlfunktionen der Atmungskette bei Mensch und Tier bei Erkrankungen beitragen könnte. Die Pflanze eroberte daraufhin das Titelbild der britischen Fachzeitschrift The Plant Journal.

Quelle: LUH

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Bodenversalzung: Klimawandel verschärft das Problem der Bodendegradation

Etwa 16 Prozent aller landwirtschaftlichen Flächen weltweit werden künstlich bewässert und stark gedüngt. Wenn dieses Wasser verdunstet, reichern sich in den oberen Bodenschichten Salze an. In der Folge droht der Boden zu versalzen und unfruchtbar zu werden. Mit der Zunahme von extremen Wetterereignissen wie Sommerhitze und Starkregen wird dieser Prozess noch verstärkt. Durch die Kombination einer umfassenden Reihe von Klima-, Boden- und Fernerkundungsdaten sowie Algorithmen des maschinellen Lernens ist es Professor Nima Shokri vom Institut für Geoinformatik der Technischen Universität Hamburg gelungen, erstmals eine Vorhersage über die Zukunft der Bodenversalzung auf globaler Ebene bis zum Jahr 2100 unter verschiedenen Klimaszenarien zu erstellen. Seine Ergebnisse wurden jetzt in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: TU Hambrug

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Klimawandel bedroht die Artenvielfalt in Hecken

Wichtig für eine große Artenvielfalt: Wallhecken zwischen Äckern und Wiesen. Um im Klimawandel bestehen zu können, sollten sie breit genug sein. Foto: Kathrin Litza, Uni Bremen

Eine europaweite Studie zeigt den Einfluss von Klima und Pflege auf die Artenvielfalt in Hecken. Dazu haben Forscherinnen und Forscher aus vier europäischen Ländern einen bisher einzigartigen Datensatz zusammentragen. Er umfasst die Vegetationsdaten aus mehr als 1.000 Heckenkartierungen entlang einer Linie von Südschweden bis Nordfrankreich. Zusätzlich wurden Informationen über das regionale Klima, die umgebende Landschaft und die Heckenpflege gesammelt, um die Anzahl und Häufigkeit von Waldpflanzen damit in Zusammenhang zu bringen. „Wir haben zunächst gezeigt, dass tatsächlich eine große Vielfalt an Waldpflanzenarten in europäischen Hecken leben kann. Hecken bieten somit – besonders in waldarmen Gegenden – einen wichtigen Ersatzlebensraum für viele Arten“, sagt die Ökologin Kathrin Litza von der Universität Bremen. Das regionale Klima spielt nachweislich eine wichtige Rolle für die Artenvielfalt. So wurden in warmen Gegenden weniger Waldarten in den Hecken gefunden. Besonders aufschlussreich war der große Einfluss von Extremwetterereignissen. Hecken, die über vergangene Jahre extremer Dürre oder Hitze ausgesetzt waren, sind nachweislich artenärmer. „Da solche Wetterereignisse durch den Klimawandels noch zunehmen werden, befürchten wir, dass noch mehr Hecken zukünftig Arten verlieren könnten“, erklärt Kathrin Litza zur im Fachmagazin  Agriculture, Ecosystems & Environment erschienenen Studie.

Quelle: Uni Bremen

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Paläogen: Sinkende CO2-Level begünstigten Graslandschaften

Die Ökosysteme auf unserem Planeten haben sich von dichten Wäldern zu Ökosystemen mit offenen Lebensräumen wie Graslandschaften entwickelt, die Ressourcen für große grasfressende Säugetiere (z. B. Pferde) bieten. Ein Team um Sebastian Höhna, Leiter einer Emmy-Noether-Forschungsgruppe am GeoBio-Center der (LMU), hat nun den Zeitpunkt der Ausbreitung der wichtigsten Pflanzenfamilien der Graslandschaften (Gräser und Korbblütler) anhand von Informationen aus zeitkalibrierten molekularen Phylogenien und einem neuartigen statistischen Bayes-Modell analysiert und im Fachjournal Nature Communications publiziert. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen, dass die wichtigste Diversifizierung von Gräsern und Korbblütlern vor etwa 20 Millionen Jahren stattfand. Interessanterweise scheint der Beginn der Diversifizierung der Graslandschaften kurz nach einem erheblichen globalen Rückgang des atmosphärischen CO2-Gehalts erfolgt zu sein.

Quelle: LMU

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Wie Pflanzen gefährliche Mutationen vermeiden

Züchtung der Ackerschmalwand unter Idealbedingungen im Labor. Foto: MPI für Biologie Tübingen

DNA-Mutationen treten nicht so zufällig auf, wie bisher angenommen wurde. Dies zeigen neue Forschungsergebnisse des Max-Planck-Instituts für Biologie Tübingen und der University of California Davis in den USA. Die in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Ergebnisse haben das Potenzial, unsere Sichtweise der Evolution drastisch zu verändern. "Wir dachten immer, dass es keine Unterscheide gibt, wo Mutationen im Erbgut auftreten", sagt Grey Monroe, Assistenzprofessor am Department of Plant Sciences der UC Davis und Erstautor der Studie. "Jetzt stellt sich heraus, dass das Mutationsmuster gar nicht so willkürlich ist, sondern dass es auch in einer Weise variiert, die der Pflanze zugute kommt. "Dies ist eine völlig neue Perspektive auf die Entstehung von Mutationen und die Art und Weise, wie die Evolution funktioniert", kommentiert Detlef Weigel, wissenschaftlicher Direktor am Max-Planck-Institut für Biologie und Hauptautor der Studie. Die Erkenntnisse haben weitreichende Auswirkungen, von besseren Kenntnissen über die Domestizierung von Nutzpflanzen bis hin zu Vorhersagen über die Mutationslandschaft bei Krebserkrankungen.

Quelle: MPI für Biologie Tübingen

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Heimliche Förderer des Baumwachstums

Wie sehr Wurzelpilz-Gemeinschaften das Wachstum ausgewachsener Bäume beeinflusst, haben Forschende nun beziffert. Foto: P. Rüegg, ETH Zürich

Die meisten Bäume leben in Symbiose mit Pilzen. Wie wichtig diese Gemeinschaft für das Wachstum ausgewachsener Bäume ist, zeigen ETH-​Forschende mit einer umfangreichen Datenanalyse erstmals grossflächig für europäische Wälder auf. Der Postdoktorand Mark Anthony und Kolleginnen aus der Gruppe von Tom Crowther, Professor für globale Ökosysteme der ETH Zürich, zeigen nun für fünf am weitesten verbreitete europäische Waldbaum-Arten, dass unterschiedliche Pilzgesellschaften für eine grössere Variation des Baumwachstums sorgen als die an einem Standort herrschenden klimatischen Bedingungen sowie der menschengemachte Stickstoffeintrag. Die entsprechende Studie ist soeben in der Fachzeitschrift ISME erschienen.

Quelle: ETH Zurich

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Cannabinoide aus Amöben

Die Kombination eines Enzyms der Cannabispflanze mit einem Enzym der Amöbe D. discoideum ermöglicht die biotechnologische Produktion einer zentralen Cannabinoidvorstufe. Foto: Falk Hillmann, Leibniz-HKI

Forschnde haben eine neue Methode entwickelt, um komplexe Naturstoffe in Amöben zu produzieren. Zu den sogenannten Polyketiden gehören unter anderem verschiedene Antibiotika sowie Olivetolsäure, eine Vorstufe des pflanzlichen Wirkstoffs Tetrahydrocannabinol (THC). Die Ergebnisse hat das Team des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans Knöll-Institut in Jena (Leibniz-HKI) nun in Nature Biotechnology veröffentlicht.

Quelle: Leibniz-HKI

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Wie Steroidhormone Pflanzen vor Hitzestress schützen

Brigitte Poppenberger, Professorin für Biotechnologie gartenbaulicher Kulturen, im Gewächshaus. Foto: A. Heddergott, TUM

Um ihre Überlebenschancen bei Hitze zu erhöhen, schützen sich Pflanzen - wie auch Tiere - mit einer Hitzeschock-Reaktion, einem molekularen Signalübertragungsweg. Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben nun herausgefunden, dass pflanzliche Steroidhormone diese Schutzwirkung bei Pflanzen verstärken und zur Hitzestress-Resistenz von Pflanzen beitragen können. Ihre Ergebnisse zur Regulation des Transkriptionsfaktors von Brassinosteroiden in der Modell-Pflanze Arabidopsis thaliana veröffentlichte das Team um die Professorin für Biotechnologie gartenbaulicher Kulturen, Brigitte Poppenberger, im Fachmagazin EMBO Journal. „Diese Ergebnisse sind nicht nur für Biologinnen und Biologen interessant, die versuchen, das Verständnis der Hitzeschockreaktion zu erweitern, sondern haben auch Potenzial für eine Anwendung in der Landwirtschaft und im Gartenbau“, sagt Prof. Poppenberger.

Quelle: TUM

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Wie Pflanzen in die Pubertät kommen

Die Bereitschaft zum Blühen wird bei Arabidopsis-Pflanzen durch das Hormon Cytokinin reguliert. Foto: Forschungsteam um Thomas Schmülling, FU Berlin

Das Pflanzenhormon Cytokinin reguliert einen Entwicklungsprozess, der sich mit der Pubertät vergleichen lässt, also dem Beginn der Geschlechtsreife bei Mensch und Tier. Pflanzen würden dem Forschungsteam der Freien Universität Berlin zufolge erst im Laufe ihrer Entwicklung empfänglich für bestimmte Signale, die das Blühen fördern, also den Eintritt in die reproduktive Phase. Zu diesen Signalen gehörten Reize wie die Tageslänge, die Lichtintensität und die Temperatur. Der Übergang in die reproduktive Phase werde auch von bestimmten Hormonen beeinflusst, konstatieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Die Forschungsergebnisse an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) zeigen, dass der Botenstoff Cytokinin eine wichtige Rolle beim Übergang der Pflanzen in ihre adulte Phase spielt. Das Forschungsteam konnte damit für das Verständnis der „Pubertät“ bei Pflanzen einen wichtigen Beitrag leisten und hat seine Studie im Wissenschaftsjournal Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: FU Berlin

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Pflanzenzucht: Mut zur Lücke – auch im Genom

Feldversuche mit doppelhaploiden Linien einer europäischen Maislandrasse. Foto: Tom Freudenberg, TU München

Die Nutzung genetischer Information ist für die moderne Pflanzenzucht unerlässlich geworden. Auch wenn die Sequenzierung der DNA seit der ersten Entschlüsselung des menschlichen Genoms im Jahr 2003 deutlich günstiger geworden ist, macht die Erhebung genetischer Informationen auch heute noch einen großen Teil der Kosten in der Tier- und Pflanzenzucht aus. Ein Trick, diese Kosten zu senken, besteht darin, nur einen sehr kleinen und zufällig ausgewählten Teil des Genoms zu sequenzieren und die verbliebenen Lücken mit mathematisch-statistischen Mitteln zu vervollständigen. Hierfür hat ein interdisziplinäres Forschungsteam der Universität Göttingen einen neuen methodischen Ansatz entwickelt, der in der Fachzeitschrift PLoS Genetics veröffentlich wurde. „Kernidee der Methode ist es, sogenannte Haplotypenblöcke, also längere Abschnitte im Genom, die in verschiedenen Pflanzen durch Vererbung sehr ähnlich sind, zu erkennen und diese Mosaikstruktur zur Komplettierung zu nutzen“, sagt Dr. Torsten Pook vom Zentrum für Integrierte Züchtungsforschung der Universität Göttingen.

Quelle: Uni Göttingen

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Klima und Boden entscheiden über die Ausprägung von Pflanzenmerkmalen

Collage. Angela Günther, MPI Biogeochemie

Einem internationalen Forschungsteam gelang es, global wirkende Faktoren zu erkennen, die die Vielfalt der Formen und Funktionen von Pflanzen hervorrufen. Unter der Leitung der Universität Zürich, des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena sowie der Universität Leipzig, trugen die Forschenden weltweit Pflanzendaten zusammen und analysierten sie. Sie zeigen im Fachmagazin Nature Ecology and Evolution erstmalig für Merkmale wie Größe, Aufbau und Lebensspanne der Pflanzen, wie stark diese durch Klima- und Bodeneigenschaften bestimmt werden. Daraus abgeleitete Erkenntnisse könnten entscheidend sein, um Erdsystemmodelle hinsichtlich der Rolle von Pflanzenvielfalt zu verbessern.

Quelle: MPI für Biogeochemie

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Moose und Flechten emittieren hochreaktive und partikelbildende Moleküle

Flechten, wie diese Phyllopsora gossypina, und Moose sind auf allen Bäumen und Blättern im Amazonas Regenwald zu finden. Forschende fanden nun heraus, dass sie erhebliche Mengen reaktiver Verbindungen vom Typ Sesquiterpenoid emittieren. Foto: Achim Edtbauer

Über einen Zeitraum von zwei Jahren (November 2016 - November 2018) haben die Forschenden im Umfeld der ATTO Station die Emissionen biogener flüchtiger organischer Verbindungen (BVOC) von zehn Moos- und zehn Flechtenproben gemessen. Das Ergebnis: Flechten und Moose emittieren erhebliche Mengen an reaktiven Verbindungen vom Typ Sesquiterpenoid. Das sind Verbindungen mit 15 Kohlenstoffatomen (C15), die in einer Vielzahl von Formen angeordnet sind. Diese Moleküle reagieren schnell mit Ozon und bilden sauerstoffhaltige Verbindungen und Partikel in der Luft. „Wenn man die Menge der C15-Emissionen von Moosen und Flechten hochrechnet, kommt man auf ähnliche Emissionswerte wie bei den Bäumen“, zeigt sich Achim Edtbauer vom Max-Planck-Institut für Chemie immer noch erstaunt. Hochgerechnet auf die weltweite Fläche von tropischen Regenwäldern tragen Flechten und insbesondere Moose (– sie emittieren fast zehn Mal so viel wie die Flechten –) substantiell zu den globalen Emissionen von Sequiterpenoiden bei. „Da Flechten und Moose große Teile der Landoberfläche bedecken, könnten sie eine wichtige Rolle für den Austausch von natürlichen flüchtigen organischen Verbindungen (BVOCs) in Ökosystemen beziehungsweise weltweit spielen“, resümiert Bettina Weber, Expertin für Kryptogame und Professorin an der Universität Graz. Ihre Ergebnisse publizierte das Team im Fachmagazin Nature Earth and Environment.

Quelle: MPI  für Chemie

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Woher das besondere Aroma von Thymian und Oregano kommt

Blätter des Echten Thymians (Thymus vulgaris). Foto: Prof. Dr. Jörg Degenhardt

Thymian und Oregano sind nicht nur beliebte Gewürzkräuter, sondern werden auch als Arzneipflanzen genutzt. Ihre ätherischen Öle enthalten die Substanzen Thymol und Carvacrol, die für das typische Aroma sorgen und medizinische Bedeutung haben. Ein Team der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Purdue University in den USA hat nun erstmals lückenlos aufgeklärt, wie diese beiden Substanzen in den Pflanzen gebildet werden, und die Ergebnisse im Fachjournal Proceedings of the National Academy of Sciences dargelegt. Die Ergebnisse könnten dabei helfen, die Züchtung und pharmazeutische Nutzung beider Pflanzen zu verbessern.

Quelle: MLU

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Kältespezialisten aus der Eiszeit

Der Cairngorms-Nationalpark im schottischen Hochland bietet noch einen Lebensraum für wenige Eiszeit-Reliktarten wie die Löffelkräuter. Foto: Marcus Koch

Pflanzen aus der Gruppe der Löffelkräuter haben sich während der Eiszeitalter der vergangenen zwei Millionen Jahre wiederholt schnell an ein sich veränderndes Klima angepasst. Ein Team von Evolutionsbiolog*innen und Botaniker*innen unter Leitung von Prof. Dr. Marcus Koch am Centre for Organismal Studies (COS) von der Universität Heidelberg haben anhand von genetischen Analysen untersucht, welche Faktoren die Anpassung an extreme klimatische Bedingungen begünstigten. Die evolutionäre Geschichte dieser sogenannten Kreuzblütler liefert Hinweise darauf, wie Pflanzen künftig mit den Auswirkungen des Klimawandels zurechtkommen könnten. Ihre Ergebnisse publizierte das Team im Fachjournal eLife.

Quelle: Uni Heidelberg

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Traditionelle Heilpflanze lindert Malaria-Symptome bei Mäusen

Hahnenfußgewächs Ranunculus multifidus. Foto: Prof. Dr. Kaleab Asres

Der pflanzliche Wirkstoff Anemonin könnte neue Ansätze zur Behandlung von Malaria liefern. Forschende aus Äthiopien und Deutschland fanden ihn im Hahnenfußgewächs Ranunculus multifidus, das in einigen afrikanischen Ländern traditionell als Heilpflanze bei Malaria gebraucht wird. Extrakte der Pflanze linderten die Symptome von infizierten Mäusen deutlich, wie das Team der Arba Minch University (AMU), der Addis Ababa University (AAU) und der Martin-Luther-Universität Halle–Wittenberg (MLU) in einer am 10. Dezember veröffentlichten Studie im Fachjournal Molecules berichtet.

Quelle: MLU

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Zu viel Sommerhitze beeinflusst Vorkommen des Blasentangs in der Ostsee

Der Blasentang Fucus vesiculosus. Foto: Angelika Graiff, Uni Rostock

Wie unterschiedliche Wassertemperaturen und Versauerungsraten den Blasentang in allen vier Jahreszeiten beeinflusst, haben Angelika Graiff und Ulf Karsten von der Universität Rostock untersucht. Wie sie im Fachjournal Biology über den ökologisch wichtigsten Biomasseproduzenten und Lebensraumbegründer der Ostsee
berichten, können sommerliche Hitzewellen das dauerhafte Vorkommen dieser Braunalge in der Ostsee einschränken.

Quelle: Uni Rostock

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Pflanzen-Sprosse und Wurzeln reagieren unterschiedlich auf Klimawandel

Der Klimawandel wirkt sich unterschiedlich auf die ober- und unterirdischen Teile von Pflanzen aus. Das zeigt eine Studie von einer internationalen Forschungsgruppe, an der auch Madhav P. Thakur von der Universität Bern beteiligt war, die sie im Fachjournal Nature Climate Change publizierten. "Diese Ergebnisse werden die ökologische Forschung zum Klimawandel erheblich voranbringen, weil sie die Bedeutung der Phänologie der Pflanzenwurzeln verdeutlichen", resümiert Madhav P. Thakur. Er war überrascht von der Häufigkeit und Regelmässigkeit der phänologischen Ungleichgewichte: "Die Pflanzenphänologie ist nicht nur für Pflanzen wichtig, sondern auch für Pflanzenfresser und Mikroorganismen, da diese von Pflanzen abhängig sind. Wenn sich der Klimawandel unterschiedlich auf die ober- und unterirdischen Nahrungsketten auswirkt, wird dies dramatische Veränderungen in den Ökosystemen zur Folge haben", befürchtet Thakur.

Quelle: Uni Bern

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Extreme Dürren setzen Auwald zu

Blick vom Leipziger Auwald-Kran im Herbst 2018. Foto: Rolf. A. Engelmann

Gegen zwei aufeinanderfolgende heiße Dürrejahre war der Leipziger Auwald nicht gewappnet. Das Dürrejahr 2018 konnten die Bäume noch teilweise verkraften. Allerdings häuften sie die andauernden Schäden durch den Trockenstress an und ihr Wachstum brach im zweiten Dürrejahr 2019 je nach Baumart um 9 bis 42 Prozent im Vergleich zu klimatisch normalen Jahren ein. Dies ist das Ergebnis einer Studie, die ein Team unter der Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) in der Fachzeitschrift Global Change Biology veröffentlicht hat. Die Studie könnte helfen, die Reaktion von Wäldern auf den Klimawandel besser zu verstehen und vorherzusagen.

Quelle: iDiv

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Kalkfabrik am Meeresgrund

Die polare “Karbonatfabrik” mit Rhodolithen und einer Vielzahl weiterer kalkbildender Meeresbodenbewohner; im Hintergrund die Scheinwerfer des Tauchbootes JAGO. Foto: Solvin Zankl

Ein internationales Team von Wissenschaftler*innen hat die Daten eines zehnjährigen Experiments vor der Küste Spitzbergens ausgewertet. Anhand von zwei in 46 und 127 Metern Wassertiefe versenkten Besiedlungs-Plattformen konnten die Forschenden zeigen, welche Organismen für die Kalkproduktion sowie für den Abbau der polaren Karbonate verantwortlich sind und welche Rolle Rhodolithe, die u.a. von kalkabscheidenden Rotalgen stammen, als nördlichste „Kalkfabriken“ der Welt im globalen Karbonatkreislauf spielen. Die Studie der Senckenberg-Wissenschaftler*innen erschien im Fachjournal Geobiology.

Quelle: Senckenberg

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Vielfalt an Wassernutzungsstrategien von Pflanzen machen Wälder resilienter gegen extreme Dürren

Freiburger Forschende setzen Pflanzen der Dürre aus, um Ihre Schutzmechanismen zu untersuchen. Foto: Christiane Werner

Einen künstlichen Regenwald haben Forschende um Prof. Dr. Christiane Werner von der Universität Freiburg 9,5 Wochen lang der Dürre ausgesetzt und beobachtet, welche spezifischen Strategien unterschiedliche Pflanzen gegen die Trockenheit anwendeten und wie sie dabei mit anderen Pflanzen, dem Boden und der Atmosphäre interagierten. Dazu analysierten sie mit dem bislang größten Markierungsexperiment, wie H2O, CO2 und flüchtige organische Verbindungen (VOC) durch dürregestresste Pflanzen und Böden fließen. Insgesamt wurde ein komplexes Zusammenwirken von unterschiedlich dürreresistenten Bäumen und Pflanzen sichtbar, das ausschlaggebend dafür war, die Stabilität des gesamten Waldsystems so lange wie möglich aufrechtzuerhalten. Zudem ergab das Experiment weitere Hinweise darauf, wie sich Dürre auf die CO2-Speicherung Waldes auswirkt und wie Gas-Emissionen von dürregestressten Pflanzen die Atmosphäre und das Klima beeinflussen können. Das Experiment das zusammen mit Dr. Nemiah Ladd (Universität Freiburg) und Dr. Laura Meredith (University of Arizona/USA) koordiniert wurde, fand in dem US-Forschungszentrum Biosphere 2 statt. 80 Wissenschaftler*innen waren in dem interdisziplinären und internationalen Team beteiligt. Ihre Forschungsergebnisse veröffentliche das Team in der Zeitschrift Science.

Quelle: Uni Freiburg

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News · Forschungsergebnis

Seegras keine Patentlösung gegen Klimawandel

Christian Lopes von der Florida International University (links) und Bryce van Dam vom Helmholtz-Zentrum Hereon (rechts) haben das Messgerät zur Eddy-Kovarianz vor der Küste Floridas installiert. Foto: Bryce van Dam, Hereon

Tropische Seegras-Wiesen nehmen teils deutlich weniger Kohlendioxid auf als lange gedacht  Das zeigt eine Studie des Helmholtz-Zentrums Hereon im Fachmagazin Science Advances. Durch die Wiederansiedlung von Seegraswiesen an den Küsten sollen künftig große Mengen an Kohlendioxid aus der Atmosphäre geholt werden, um den Klimawandel zu bekämpfen. Doch Vorsicht: Seegraswiesen können durchaus mehr Kohlendioxid abgeben als sie aufnehmen. Ob die Rekultivierung von Seegraswiesen sinnvoll ist, hängt letztlich vom Standort ab.

Quelle: Heron

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Waldzustand in Echtzeit am Monitor beobachtbar

Kiefern in Brandenburg. Foto: Allan Buras, TUM

Auf Basis von Satellitenbildern stellt eine interaktive Internetplattform den Zustand aller Wälder in Europa dar. Dafür orientiert sie sich an der Grünheit der Bäume. Seit kurzer Zeit können Nutzerinnen und Nutzer sich jetzt auch gezielt einzelne Länder und Zeiträume darstellen lassen, um mehr über den Zustand des Waldes zu erfahren. Das Daten- und Visualisierungstool wurde von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Technischen Universität München (TUM) entwickelt und am 1. Dezember im Fachjournal Frontiers in Plant Science vorgestellt.

Quelle: TUM

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News · Forschungsergebnis

Floren verlieren weltweit an Einzigartigkeit

Der Japanische Staudenknöterich (Fallopia japonica) breitet sich entlang eines Flusses in Österreich aus. Foto: Franz Essl

Selbst weit voneinander entfernte Regionen unseres Planeten werden sich in ihren Floren immer ähnlicher. Grund ist die Ausbreitung gebietsfremder Pflanzenarten, so das Ergebnis eines globalen Forschungsprojektes unter Leitung Konstanzer Biolog*innen, das sie jetzt in der Fachzeitschrift Nature Communications publizierten. Wenn gebietsfremde Pflanzen sich in ein bestehendes Ökosystem integrieren und sich dort erfolgreich ausbreiten, kann dies in seltenen Fällen zur Einzigartigkeit der regionalen Flora beitragen. Deutlich häufiger führt dieser als „Naturalisierung“ bezeichnete Vorgang jedoch zu einer Vereinheitlichung regionaler Floren und damit weltweit betrachtet zu einem Nettoverlust an Einzigartigkeit. Insbesondere sogenannte Super-Invasoren sorgen durch ihre hocheffektive Verbreitung und die Verdrängung einheimischer Pflanzenarten dafür, dass sich selbst weit voneinander entfernte Regionen mit klarer geographischer Trennung immer ähnlicher werden.

Quelle: Uni Konstanz

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News · Forschungsergebnis

Urzelle LUCA entstand durch Wasserstoffenergie

Stoffwechsel von LUCA. Grafik: Jessica Wimmer, HHU

Woher kam der Urstoffwechsel, aus dem das Leben entstand? Forschende der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) haben jetzt den Stoffwechsel der allerersten Lebensform, der Urzelle LUCA, rekonstruiert. Dabei kam ans Licht, dass fast alle chemischen Reaktionen, die am Aufbau der molekularen Bausteine der Urzelle beteiligt waren, Energie freisetzen. Somit diente der Urstoffwechsel selbst als interne Energiequelle, sofern der älteste und zugleich modernste Energieträger vorhanden war: Wasserstoffgas, H2. Das berichtet das Team um Prof. Dr. William Martin, Leiter des HHU-Instituts für Molekulare Evolution, im Fachmagazin Frontiers in Microbiology.

Quelle: HHU

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News · Forschungsergebnis

Ökologischer Landbau zum Schutz von Biodiversität

Langzeit-Feldversuch zum Vergleich biologischer und konventioneller Anbausysteme in Therwil, Schweiz, mit Regenausschluss-Dächern. Foto: Dominika Kundel

Die Auswirkungen von Trockenheit auf Bodenorganismen und Ökosystemfunktionen im ökologischen und konventionellen Landbau stehen im Fokus des EU-Projekts SOILCLIM. Gemeinsam mit internationalen Wissenschaftler*innen hat Prof. Klaus Birkhofer, Fachgebiet Ökologie, in der Fachzeitschrift Scientific Reports belegt, dass der ökologische Landbau die biologische Vielfalt schützt. Das berichtet die Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg (b-tu). 

Quelle: b-tu

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News · Forschungsergebnis

Wälder mit vielen Baumarten wachsen gleichmäßiger

Vermessung eines Baumes im Rahmen des BEF-China-Experiments. Foto: Stefan Trogisch

Das jährliche Wachstum von Wäldern schwankt aufgrund von Witterungsextremen wie Dürren und Starkregen. Diese Schwankungen fallen bei artenreichen Wäldern geringer aus als bei artenarmen. Zudem produzieren Wälder mit vielen Baumarten mehr Holz. Dabei kommt es nicht nur auf die Vielfalt der Baumarten an, sondern auch auf die Vielfalt ihrer Eigenschaften. Das konnte ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften Beijing (CAS) nachweisen. Seine Ergebnisse stellte das Team in der Zeitschrift Science Advances vor. Das Team liefert wichtige Impulse, wie die Forstwirtschaft Wälder mit stabiler Produktivität fördern kann.

Quelle: iDiv

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Allerweltspflanzen verdrängen seltenere Arten

In den Gipfelzonen der Alpen steigen die Artenzahlen derzeit durch einwandernde Arten. Langfristig jedoch werden sie sinken, vermuten die Forschenden. Foto: Harald Pauli, ÖAW

In mehreren Ökosystemen Europas sind „Allerweltsarten“ auf dem Vormarsch und verdrängen seltenere Pflanzenarten. Dadurch werden die Pflanzengemeinschaften immer ähnlicher. Diese Entwicklung hat ein internationales Team unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) erstmals sowohl im Hochgebirge als auch in Wäldern und Wiesen des Tieflands nachgewiesen. Einer der Hauptgründe für diese Artenverschiebung könnten erhöhte Stickstoffmengen in den Böden aus Landwirtschaft und Luftverunreinigung sein. Die Ergebnisse der Studie würden kürzlich im Fachjournal Ecology Letters veröffentlicht.

Quelle: iDiv

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Starke Ausbreitung von Pflanzenschädlingen und -krankheiten in China

Anhand eines einzigartigen, bisher unveröffentlichten Datensatzes, hat ein internationales Team mit Beteiligung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) langfristige statistische Aufzeichnungen über das Auftreten von Pflanzenschädlingen und -krankheiten in China analysiert. Die Daten von 1970 bis 2016 verglichen sie mit potenziellen klimatischen Einflussfaktoren, wie Temperatur, Niederschlag und Luftfeuchtigkeit. Und sie verglichen die Aufzeichnungen mit Faktoren aus der landwirtschaftlichen Praxis, wie z. B. Düngereinsatz, Bewässerung und Verwendung von Pestiziden. Wie die Forschenden herausfanden, hat das Auftreten von Pflanzenschädlingen und -krankheiten an Nutzpflanzen in China seit den 1970er Jahren um das Vierfache zugenommen hat. Der Klimawandel ist wahrscheinlich für etwa 20 Prozent des beobachteten Anstiegs verantwortlich, wobei es große Unterschiede zwischen den verschiedenen chinesischen Provinzen gibt. Ihre Ergebnisse legten sie im Fachmagazin Nature Food.

Quelle: PIK

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Erholung tropischer Wälder bietet viele kurzfristige Vorteile

Tropische Wälder werden meist für die landwirtschaftliche Nutzung oder Weidehaltung gerodet. Foto: Uni Innsbruck

Tropische Wälder werden mit einer alarmierenden Geschwindigkeit für Landwirtschaft oder Weidehaltung abgeholzt und nach kurzer Zeit wieder aufgegeben. Auf dem verlassenen Land kann der Wald auf natürliche Weise nachwachsen und sogenannten Sekundärwald bilden. Wie eine Studie im Fachmagazin Science zeigt, erholen such nachwachsende Tropenwälder überraschend schnell und können nach 20 Jahren fast 80% der Bodenfruchtbarkeit, Kohlenstoffspeicherung und Baumvielfalt von Urwäldern erreichen. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass natürliche Regeneration eine kostengünstige und naturbasierte Lösung für den Klimaschutz, den Erhalt der biologischen Vielfalt und die Wiederherstellung von Ökosystemen darstellt. An der Studie war Florian Oberleitner vom Institut für Ökologie der Universität Innsbruck beteiligt, sowie Nadja Rüger vom Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig.

Quelle: Uni Innsbruck beim idw

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Biodiversitäts- und Arten-Bestimmung 4.0 für Jeden

Wissenschaftler*innen des Museums für Naturkunde Berlin und der Nationalen Universität Singapur ist es gelungen, die Methode der Artenbestimmungen mit Hilfe eines sogenannten genetischen „Strichcodes“ und eines kleinen Sequenziergerätes drastisch zu vereinfachen. Der neue Ansatz ist mit minimalem Kosten- und Materialaufwand verbunden und in der Handhabung so einfach, dass er von Jedem am Ort der Entdeckung durchgeführt werden kann und die wissenschaftliche Expertise der Forschenden ergänzt. Ihre Entdeckung publizierten die Forschenden in zwei Artikel im Fachmagazin BMC Biology (https://doi.org/10.1186/s12915-021-01141-x und https://doi.org/10.1186/s12915-021-01088-z).

Quelle: MfN beim idw

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News · Forschungsergebnis

Erhöhung des Ertragspotenzials hängt vom Ähren-Typ der Gerste ab

Unreife Gerstenähren zum Zeitpunkt des maximalen Ertragspotenzials. Aufnahme: Rutten, Venkatasubbu, IPK Leibniz-Institut

Wer die Erträge von Getreide sichern und erhöhen möchte, muss das Ertragspotenzial der jeweiligen Pflanze kennen. Forschende des Leibniz-Institutes für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IKP) haben herausgefunden, dass das maximale Ertragspotenzial von Gersten-Linien abhängig vom Genotyp und von den Wachsstumsbedingungen in unterschiedlichen Entwicklungsstadien angelegt wird. Darüber hinaus zeigen die beiden Publikationen im Fachmagazin Journal of Experimental Botany (https://doi.org/10.1093/jxb/erab342 und https://doi.org/10.1093/jxb/erab395), dass bei zwei- und sechszeiliger Gerste jeweils unterschiedliche Ährenmerkmale wichtig sind, um das Ertragspotenzial ausschöpfen zu können.

Quelle: IPK (pdf)

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Springkräuter sind kreativ bei der Artenbildung

Links eine Blüte der vogelbestäubten Art Impatiens gesneroidea, - rechts eine Blüte von der insektenbestäubten Impatiens purpureoviolacea und in der Mitte eine Blüte des seltenen Hybriden aus beiden Arten (Impatiens x troupinii). Foto und (c): Eberhard Fischer, Uni Koblenz

Wie entstehen neue Arten? Ein internationales Team von Forschenden unter Federführung der Universitäten Bonn und Koblenz hat an einer kleinen Gruppe von zehn eng verwandten Arten ostafrikanischer Springkräuter gezeigt, dass diese sich auf sehr unterschiedlichen Wegen im Zuge der Evolution verändern. Unter anderem verdoppelte sich mehrfach das gesamte Erbgut, und drastische Veränderungen der Blüten führten zu einem Wechsel der Bestäuber. Zusammen mit anderen Artenbildungsmechanismen erläutern die Forschenden, wie aufgrund dieser Mechanismen neue Arten entstanden sind. „Diese erstaunliche Vielfalt an Mechanismen, die man aus den Lehrbüchern der Evolution von Arten kennt, wurde dabei in einem evolutionär kurzen Zeitraum kombiniert“, sagt Dr. Stefan Abrahamczyk vom Nees-Instituts der Universität Bonn. Das könne ein Hinweis darauf sein, warum Springkräuter weltweit zu den größten Pflanzengattungen gehören. Die Studie ist in der Fachzeitschrift Ecology and Evolution erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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Pflanzenschädling entgeht dem Immunsystem seines Wirts durch Angriff auf das Mikrobiom

Ein niederländisch-deutsches Forschungsteam hat entdeckt, wie der pathogene Pilz Verticillium dahliae das Immunsystem von Pflanzen außer Kraft setzt: Durch die Freisetzung eines Effektormoleküls greift er das Mikrobiom seines Wirts an und entgeht so in einer kritischen Phase seines Reproduktionszyklus der Zerstörung. Das schildert das Team in seiner Studie An ancient antimicrobial protein co-opted by a fungal plant pathogen for in planta mycobiome manipulation, die in der Fachzeitschrift PNAS erschien.

Quelle: Uni Köln

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Fleischarme Kost hat viele Vorteile

Konzept: In der Studie wurden vier Ernährungsformen hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Gesundheit, die Umwelt und das Tierwohl miteinander verglichen. Grafik und (c): Juliana Paris, Uni Bonn

Was ist besser: den Fleischkonsum moderat zu reduzieren und mehr Obst, Gemüse und Vollkornprodukte zu essen, wie es die Deutsche Gesellschaft für Ernährung anrät? Es unseren südlichen Nachbarn nachzutun und öfter mal zu Fisch und Meeresfrüchten zu greifen? Oder gar komplett auf vegane Ernährung umzustellen? Eine neue Studie der Universität Bonn zeigt, dass die Antwort auf diese Fragen nicht so eindeutig ausfällt, wie man denken könnte – je nachdem, welche Auswirkungen man sich genau anschaut. Die Ergebnisse publizierten die Forschenden der Universität Bonn in der Zeitschrift Science of The Total Environment.

Quelle: Uni Bonn

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Überraschung bei Genomanalyse der kryptischen Algen-Art Chlorokybus

Dr. Tatyana Darienko, Universität Göttingen, Mitautorin der Studie, sammelt die grünen Biofilme auf den Bäumen und Felsen, die der natürliche Lebensraum der seltenen Alge Chlorokybus sind.

Alle Landpflanzen sind aus einem einzigen evolutionären Ereignis hervorgegangen: Süßwasseralgen fassten an Land Fuß und brachten eine erstaunliche Artenvielfalt von Pflanzen auf der Erde hervor. Die Gruppe von Algen, aus der später die Landpflanzen hervorgingen, lebte und entwickelte sich jedoch bereits seit über einer Milliarde Jahren sowohl in Süßwasser- als auch in Landlebensräumen. Eine winzige Gruppe der heutzutage noch existierenden Algenvertreter, welche das am weitesten entfernte Verwandtschaftsverhältnis zu Landpflanzen aufweisen, wurde nun genauer unter die Lupe genommen. Dazu hatten sich Forscherinnen und Forscher der Universität Göttingen auf eine Gattung dieser seltenen Algen, Chlorokybus, konzentriert, welche „Zellpakete“ bildet und in feuchten Böden und Felsspalten lebt. Sie entdeckten, dass Chlorokybus nicht, wie bisher angenommen, eine, sondern mindestens fünf verschiedene Arten enthält. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Proceedings of the Royal Society B erschienen. „Die Erfassung der tatsächlichen Artenvielfalt dieser Algengruppe ist von entscheidender Bedeutung, um die Anpassung und die Entwicklung der Landpflanzen und ihrer Algenverwandten zu erklären“, sagt Prof. Dr. Jan de Vries von der Universität Göttingen.

Quelle: Uni Göttingen

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Mikrobiomstudie ermöglicht neue Strategien für gesunde und klimarobuste Kulturpflanzen

Die Studie bestätigt die Koevolution von Pflanzen und Mikroorganismen. Foto und (c): Lunghammer, lunghammer.at, TU Graz

Eine neue Studiedie im Fachjournal New Phytologist veröffentlicht wurde, zeigt: Apfelbäume vererben ihr Mikrobiom in gleichem Maße wie ihre Gene. Die Ergebnisse unter Leitung von Forschenden der TU Graz legen den Grundstein für neue Züchtungsstrategien für gesundes und klimarobustes Obst und Gemüse.

Quelle: TU Graz

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Hochrekombinogene Pflanzen für die Züchtung identifizieren

Grafische Illustration der Unterschiede in der Rekombinationsrate zwischen den 45 Sommergerstenfamilien, wobei rot eine hohe und weiß eine niedrige Rekombinationsrate bedeuten. Grafik: Federico Casale, HHU

Kombinationen aller Genvarianten zu erzeugen, um so zwischen Pflanzen mit vielen unterschiedlichen Eigenschaften die geeignetsten auswählen zu können. Die Arbeitsgruppe um den Genetiker Prof. Dr. Benjamin Stich von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) hat nun eine Methode entwickelt, um mittels natürlicher Variationen sogenannte hochrekombinogene Individuen zu identifizieren. Ihre bei einem großangelegten Gerstenexperiment erprobte Methode stellen sie in der Fachzeitschrift Plant Biotechnology vor.

Quelle: HHU

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Struktur der DNA spielt wichtige Rolle bei der Proteinbindung

Janik Sielemann bearbeitet den Code für die Vorhersagen am Computer. Foto: Uni Bielefeld

Wie Transkriptionsfaktoren spezifisch DNA binden haben Forschende der Universität Bielefeld am 12. November im Fachmagazin Nature Communications beschrieben und heute der Öffentlichkeit vorgestellt. Demnach ließen sich bestimmte, wiederkehrende Muster in der DNA erkennen, die einen Einfluss auf die Bindung eines Transkriptionsfaktors in den untersuchten Arabidopsis-Pflanzen zu haben schienen. „Die räumliche Struktur der DNA war für uns die Erklärung, warum ein Transkriptionsfaktor nicht an alle identischen Basenfolgen bindt, sondern nur an ganz bestimmten Stellen“, erklärt Biologie-Professorin Dr. Andrea Bräutigam. Für ihre Forschung analysierten die Mitglieder der Arbeitsgruppe zunächst die 3D-Struktur der DNA der Pflanze und die Basenfolgen, an denen Transkriptionsfaktoren binden. „Wir haben uns nicht nur bestimmte Basenmotive angeguckt, also sich wiederholende Abfolgen der Basenpaare in der DNA, sondern auch auf ihre Struktur im Raum geachtet“, sagt Janik Sielemann, Erstautor der Studie und Doktorand in der Arbeitsgruppe. Dazu hatten sie durch maschinelles Lernen ein Modell entwickelt, mit dem sie Vorhersagen treffen können, welche Proteine wo binden werden.

Quelle: Uni Bielefeld

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Biologische Vielfalt: Zeit, endlich zu handeln

Um die globalen Ziele zum Erhalt der biologischen Vielfalt zu erreichen, muss die Umsetzung auf nationaler Ebene deutlich verbessert werden. Verbindliche Maßnahmen und verantwortliche Akteure müssen klar definiert und die Umsetzung durch systematisches Monitoring überwacht werden. Diese Empfehlungen stehen im Zentrum eines dreistufigen Rahmenplans, den ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) in der Fachzeitschrift Conservation Letters veröffentlicht hat. Um ein erneutes Scheitern der internationalen Vereinbarungen zu vermeiden, dürfe vor allem ein Fehler nicht mehr passieren.

Quelle: iDiv

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Züchtungsforschung: Mikroben-Schatz im Gerstensamen als neuer Ansatz?

Das Mikrobiom des Gerstensamens hängt in seiner Zusammensetzung und Diversität stark vom Genotyp der Gerste ab. Das zeigt eine Studie des Julius Kühn-Instituts (JKI) und der Universität Kopenhagen, die das Samen-Mikrobiom von sieben verschiedenen Gerste-Genotypen unter die Lupe genommen hat. Neben den genannten Unterschieden konnte darüber hinaus auch ein Genotyp-übergreifendes „Kern-Mikrobiom“ der Gerste identifiziert werden, wie die Forschenden im Fachmagazin Environmental Microbiome berichten.

Quelle: JKI

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Weltkarte der wichtigsten Schutzgebiete zur Abwendung einer Klimakatastrophe

Eine Studie von Conservation International im Fachmagazin Nature Sustainability nennt die entscheidenden Ökosysteme auf der Erde, die die Menschheit schützen muss, um eine Klimakatastrophe zu vermeiden. Diese Ökosysteme enthalten so dichte Kohlenstoffspeicher, dass sie bei Zerstörung und Freisetzung nicht rechtzeitig wiederhergestellt werden könnten, um die gefährlichsten Auswirkungen des Klimawandels zu verhindern. Diese von den Forschenden als "unwiederbringlicher Kohlenstoff" bezeichneten Speicher sind vor allem Mangroven, tropische Wälder und Torfgebiete sowie alte Wälder in den gemäßigten Breiten. Der besondere Schutz dieser entscheidenden Gebiete birgt noch einen Vorteil: Sie sind auch Horte der Artenvielfalt. So kann der gezielte Schutz dieser unwiederbringlichen Kohlenstoffspeicher gleichzeitig einen erheblichen Beitrag zum Artenschutz leisten. Das berichtet das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK).

Quelle: PIK

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Mutter der Schattenmorelle: Genomsequenz der Steppenkirsche entschlüsselt

Steppenkirsche Prunus fruticosa. Foto und (c): Thomas Wöhner, JKI

Einer Forschungsgruppe des Julius Kühn-Instituts (JKI), der Universitäten Budapest, Greifswald und Hohenheim sowie der niederländischen Firma KeyGene ist es nun gelungen, die Bausteine des Erbguts der Steppenkirsche zu entschlüsseln. Die in der Fachzeitschrift Genomics veröffentlichte Studie beschreibt die neuartigen Technologie zur Erzeugung langer DNA-Sequenzen, mit deren Hilfe die Forschenden das bislang größte Kirschengenom mit einer Länge von 1,1 Milliarden Basen sequenzieren konnten. Die daraus abgeleiteten acht Basischromosomen ergeben eine Gesamtgröße von 366 Millionen Basen.

Quelle: JKI

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Photosystem II: großer Schritt in Richtung Entschlüsselung der Photosynthese

Einen entscheidenden Schritt in der Entschlüsselung eines der wichtigsten Prozesse zum Erhalt des Lebens auf der Erde gelang Forschenden der Humboldt-Universität zu Berlin (HU Berlin), des Berkeley National Laboratory (USA) und der Uppsala University (Schweden). Mit ultrakurzen Röntgenlaserimpulsen gelang es, atomare Schnappschüsse des Photosystem II (PSII) zu erzeugen und dabei die Funktionsweise des biologischen Nanosystems während der Wasserspaltungsreaktion zu beobachten. „Um den komplexen Mechanismus zu verstehen, ist es notwendig, die Protonenfreisetzung während der Wasseroxidation zu verfolgen“, erklärt Dr. Mohamed Ibrahim aus der Gruppe von Prof. Holger Dobbek an der Humboldt-Universität zu Berlin – einer der Hauptautoren der Studie. Die Studie haben sie im Journal Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: HU Berlin

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Naturstoffe beenden Single-Dasein – bei der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii

Zwei oder mehr Chlamydomonas reinhardtii-Zellen lagern sich unter Einfluss von Marginolaktonen zu sogenannten Gloeokapsoiden zusammen, die von einer gemeinsamen Außenhülle umgeben sind. Aufnahme: Mario Krespach, Leibniz-HKI

Marginolaktone – von Bodenbakterien produzierte Naturstoffe – lösen die Bildung eines bislang unbekannten mehrzelligen Zustands bei der eigentlich einzelligen Grünalge Chlamydomonas reinhardtii aus. Die Entstehung von vielzelligen Organismen stellte einen wesentlichen Schritt in der Entstehung von Tieren und Pflanzen dar. Doch wie kam es dazu, dass aus einzelligen Organismen dauerhafte mehrzellige Lebewesen wurden? Ein mögliches Puzzlestück dieser komplexen Vorgänge konnte ein Forschungsteam aus Jena und Leipzig jetzt entschlüsseln. Seine Ergebnisse veröffentlichte es unter dem Titel Bacterial marginolactones trigger formation of algal gloeocapsoids, protective aggregates on the verge of multicellularity im Fachmagazin PNAS, wie das Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie - Hans-Knöll-Institut (HKI) meldet.

Quelle: Leibniz-HKI

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Wälder auf dem Teller

Während der Agrarhandel wichtig für die Ernährung zahlloser Menschen ist, stellt er zugleich auch eine wichtige Triebkraft für Abholzung, den Verlust natürlicher Habitate und den Verlust von Biodiversität dar. Foto: Wikimedia Commons

Senckenberg-Wissenschaftler*innen haben eine der wenigen Überblicksstudien zu den ökologischen Auswirkungen des weltweiten Lebensmittelhandels im Fachjournal One Earth veröffentlicht. Die ökologischen Kosten des Handels – insbesondere von Kaffee, Tee, Soja und Rindfleisch – sind laut der Studie unverändert hoch. Die Forscher*innen plädieren dennoch dafür, den Agrarhandel differenziert zu betrachten und auch seine positiven Wirkungen zu berücksichtigen.

Quelle: Senckenberg

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Auch Witterung im Winter wichtig für den Getreideertrag

Die Witterungsbedingungen im Winter sowie in den Übergangsphasen von Herbst zu Winter und von Winter zu Frühjahr beeinflussen die Ertragsleistung wichtiger Getreidearten wie Wintergerste und Winterweizen maßgeblich. Dies ist das Ergebnis der Forschungsarbeit eines Wissenschaftsteams am Lehrstuhl für Pflanzenernährung vom am Lehrstuhl für Pflanzenernährung der Technischen Universität München (TUM), über das sie im Fachmagazin Climate berichten.

Quelle: TUM 

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Wasserpflanze offenbart evolutionäre Überraschungen in Erbgut-Sequenz

Betreibt eine besondere Art der Photosynthese: Isoëtes taiwanensis, ein Brachsenkraut. Foto: Pi-Fong Lu

Brachsenkräuter sind ein im Wasser lebender, uralter Stamm der Gefäßpflanzen. Er hat sich vor mehr als 400 Millionen Jahren von anderen Gefäßpflanzen evolutionär abgespalten. Ein internationales Forschungsteam, an dem auch die Universität Göttingen beteiligt war, hat zum ersten Mal das vollständige Genom sequenziert. Wie das Team in der Fachzeitschrift Nature Communications schildert, betreibt Isoëtes taiwanensis Photosynthese vom CAM-Typ, der üblicherweise von Wüstenpflanzen praktiziert wird. Anhand der Daten konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verstehen, wie diese Wasserpflanzen die CAM-Photosynthese regulieren, um unter Wasser um Kohlenstoffdioxid zu konkurrieren. Prof. Dr. Jan de Vries aus Göttingen konnte durch die Analysen Aufschluss über die verschiedenen Evolutionswege geben, die zum „Holzmolekül“ Lignin führen. 

Quelle: Uni Göttingen

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Seegras nimmt Stickstoff auf dank symbiotischer Bakterien

Die Symbiose unter dem Mikroskop: Links ein Querschnitt durch eine Seegraswurzel, rechts eine Fluoreszenzaufnahme der Bakterien (in Pink) im Inneren der Seegraswurzel. Aufnahmen: D. Tienken, S. Ahmerkamp, MPI für Marine Mikrobiologie

Seegraswiesen speichern große Mengen Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre im Ökosystem. Zum Wachsen brauchen Seegräser Nährstoffe, vor allem Stickstoff. Bisher glaubte man, dass die Pflanzen den Stickstoff vorwiegend aus dem Wasser und Sediment aufnehme – die allerdings extrem nährstoffarm sind. Nun zeigen Forschende des Bremer Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie im Fachmagazin Nature, dass Seegras im Mittelmeer in seinen Wurzeln eine Symbiose mit einem Bakterium unterhält, welches den für das Wachstum notwendigen Stickstoff liefert. Das war bisher nur von Landpflanzen bekannt.

Quelle: MPI für Marine Mikrobiologie

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Landwirtschaft weltweit muss sich schon innerhalb des nächsten Jahrzehnts auf neue Klimarealität einstellen

Neue Computer-Simulationen der NASA und des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) sagen tiefgreifende Veränderungen in den Anbaubedingungen und Erträgen der wichtigsten Kulturpflanzen schon in den nächsten 10 Jahren voraus, wenn sich die derzeitigen Trends der globalen Erwärmung fortsetzen. In den wichtigsten Kornkammern der Welt wird es viel schneller als bisher erwartet zu gravierenden Veränderungen kommen, so dass sich die Landwirte in aller Welt schon jetzt an die neuen klimatischen Gegebenheiten anpassen müssen. Bis Ende 2100 könnten die Maiserträge um fast ein Viertel zurückgehen, während die Weizenerträge möglicherweise weltweit um etwa 17 % steigen könnten, berichtet das Forschungsteam in der Fachzeitschrift Nature Food.

Quelle: PIK

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Hundsgiftgewächse sind tropischen Ursprungs

Die "Wüstenrose" (Adenium obesum) ist eine strauchartige Stängel-Sukkulente der trockenen Regionen Afrikas und Arabiens. Photo und (c): Ulrich Meve (Sabya, Saudi Arabia)

Gemeinsam mit einer brasilianischen Forschergruppe hat ein Team des Lehrstuhls für Pflanzensystematik an der Universität Bayreuth die evolutionäre Entwicklung der Hundsgiftgewächse (Apocynaceae) erforscht. Diese Familie von Blütenpflanzen, die zu den zehn größten der Welt gehört, hat ihren Ursprung in den Tropen. Bei ihrer globalen Verbreitung spielte der afrikanische Kontinent eine entscheidende Rolle, schildern die Forschenden im Fachmagazin Frontiers in Ecology and Evolution.

Quelle: Uni Bayreuth

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Klimawandel beeinflusst Vererbung in Pflanzen

Querschnitt durch einen Staubbeutel von Arabidopsis thaliana mit fünf Meiozyten im Zentrum. Die grünen Punkte sind stress granules, die bei Temperaturen über 30°C gebildet werden. Sie sind ein Zeichen dafür, dass die Pflanzen Temperaturstress wahrnehmen. Aufnahme: Joke de Jaeger-Braet, UHH

Der Klimawandel wird auch Einfluss auf die Vererbung von Pflanzen haben. Um den Effekt von Temperaturveränderungen auf die meiotische Rekombination besser zu verstehen, hat ein Team der Universität Hamburg (UHH) in Zusammenarbeit mit Kolleginnen des Universitätsklinikums die Zellen der Pflanze Arabidopsis thaliana, in denen die meiotische Rekombination abläuft, bei erhöhter Temperatur lebend beobachtet: bei 21 Grad Celsius, unter Hitzeschockbedingungen von 30 und 34 Grad Celsius sowie nach einer Akklimatisierungsphase von einer Woche bei 30 Grad Celsius. Dabei hat das Team "einen Kontrollpunkt in den Pflanzen entdeckt, der überprüft, in wie weit meiotische Rekombination korrekt abgelaufen ist“, sagt Prof. Dr. Arp Schnittger vom Institut für Pflanzenwissenschaften und Mikrobiologie. „Der Anstieg von 21 auf 30 Grad Celsius hat die Meiose beschleunigt. Und Temperaturen von 34 Grad Celsius führen zu Rekombinationsdefekten, die zu einer schwerwiegenden Reduktion der Fruchtbarkeit der Pflanze führen.“ Die Ergebnisse publizierte das Team in der Fachzeitschrift The Plant Cell.

Quelle: UHH

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Ohne chemischen Pflanzenschutz steigt die Vielfalt blühender Wildpflanzen auf Äckern

Kornblume als Nektarquelle für Insekten, hier mit dem Tagfalter Kleines Wiesenvögelchen. Foto: Jörg Hoffmann

Äcker nehmen in Deutschland 36 Prozent der Landflächen ein. Weltweit liegt der Schnitt bei rund elf Prozent. Die Art und Weise, wie diese Flächen bewirtschaftet werden, hat großen Einfluss auf die floristische Artenvielfalt und die ökologischen Funktionen der Ackerflächen in der Landschaft. Das zeigt eine durch das Bundesumweltministerium finanzierte Untersuchung von Forschern des Julius Kühn-Instituts (JKI), die jüngst in Ecology und Evolution veröffentlicht wurde.

Quelle: JKI

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Wald und Klima: Schutzziele widersprechen sich

Die EU hat ein Klimapaket namens Fit for 55 aufgelegt, das auch den Wald betrifft. Das Problem: Die einzelnen Maßnahmen sollen CO2-Emissionen ausgleichen, widersprechen sich oder erreichen das Gegenteil. Dies zeigt die Analyse von Forstwissenschaftler Prof. Michael Köhl vom Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) der Universität Hamburg, die er gemeinsam mit Kolleg*innen aus Österreich, der Schweiz und Polen im Fachmagazin Forest Policy and Economics veröffentlicht hat.

Quelle: Uni Hamburg beim idw

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Insekten-Verdauungsenzym aktiviert zuckerhaltigen Pflanzenabwehrstoff

Eine Maikäfer-Larve knabbert an den Wurzeln ihrer Futterpflanze Löwenzahn. Foto: Dr. Meret Huber, WWU

Der Abbau von Pflanzenabwehrstoffen durch Insekten-Verdauungsenzyme kann die Vorliebe der Insekten für bestimmte Futterpflanzen beeinflussen, zeigt eine neue Studie nun erstmals. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten dieses Phänomen bei Larven des Maikäfers und ihrer Futterpflanze Löwenzahn. „Wir konnten zum ersten Mal nachweisen, dass die Metabolisierung von Pflanzenabwehrstoffen durch Insekten-Verdauungsenzyme die Futterpflanzenwahl verändert“, unterstreicht Dr. Meret Huber von der der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster. „Diese Erkenntnis ist wichtig, da die Wahl der Wirtspflanze von zentraler Bedeutung für die Verteilung pflanzenfressender Insekten ist und somit großen Einfluss auf den verursachten Schaden hat.“ Die Ergebnisse publizierte das Team um Huber, Prof. Dr. Matthias Erb (Universität Bern) sowie Forschenden des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena im Fachmagazin eLife. Die Ergebnisse sollen dabei helfen, das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und ihren Konsumenten zu verbessern. Zukünftige Studien in verschiedenen Systemen könnten es ermöglichen, Medikamente oder Schädlingsbekämpfungsmittel zu entwickeln, die nur in Anwesenheit bestimmter art- oder umweltspezifischer Bedingungen aktiviert werden.

Quelle: WWU

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Spuren einer uralten Straße im See

Pollen im Sediment erlauben Rückschlüsse auf die Landschaftsentwicklung. Hier eine Mikroskopaufnahme von Binkelweizen (Triticum compactum). Aufnahme: Achim Brauer, GFZ

800 Jahre Siedlungsgeschichte mit Landreformen, Seuchen und Kriegen sind in den Sedimenten eines Sees in Polen erhalten. Die Schlüsselrolle spielte die „Via Marchionis“ zwischen Brandenburg und dem heutigen Malbork in Polen. Die Straße blieb jahrhundertelang bedeutsam. In einer polnisch-deutschen Kooperation haben Forschende historische Ereignisse und den Wandel des Naturraums verknüpft, wie das Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ berichtet. Sie publizierten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Scientific Reports.

Quelle: GFZ

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Plankton verschiebt sich zu den Polen

Aufgrund der Erwärmung der Ozeane als Folge des menschlichen Treibhausgas-Ausstosses werden viele Arten des Meeresplanktons neue Lebensräume erschliessen (müssen). ETH-Forschende erwarten, dass viele Organismen zu den Polen wandern und dort neue Artengemeinschaften bilden – mit unabsehbaren Folgen für die marinen Nahrungsnetze, an deren Basis das Phytoplankton steht. Ein Team hat nun einen neuen globalen Datensatz zusammengetragen, um darauf basierend Verbreitungskarten von über 860 Arten des Phyto- und Zooplanktons zu erstellen. Die stärksten Änderungen erwarten die Forschenden in Ozeanen der hohen und gemässigten Breiten – just also jenen Meeresregionen, die für die CO2-Fixierung und für die Fischerei entscheidend sind. Ihre Ergebnisse schildert das Team, an dem auch Forschende des Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) in der Fachzeitschrift Nature Communications

Quelle. ETH Zürich

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Rückgang von Pflanzenbestäubern bedroht Artenvielfalt

Die meisten Blütenpflanzenarten sind zur Fortpflanzung auf Bestäuber angewiesen. Dies gilt auch für die einjährigen Gänseblümchenarten, die in Südafrika im Frühjahr die Massenblüte dominieren. Foto: Prof. A. Ellis, StellenboschUni

Etwa 175.000 Pflanzenarten – die Hälfte aller Blütenpflanzen – sind für die Samenbildung und damit für ihre Fortpflanzung überwiegend oder vollständig auf tierische Bestäuber angewiesen. Dies ist das Ergebnis einer aktuellen Studie, die von einem globalen Forschungsnetzwerk mit Beteiligung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Universität Konstanz in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde. Ein Rückgang in der Zahl dieser Bestäuber könnte daher zu erheblichen Störungen der natürlichen Ökosysteme führen – einschließlich eines Verlustes der biologischen Vielfalt

Quelle: iDiv

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Invasive Schlickgräser im europäischen Wattenmeer

Spartina-Marsch im Sönke-Nissen-Koog, Schleswig-Holstein. Hier sind die beiden untersuchten Spartina-Cytotypen zu erkennen: Spartina x townsendii (nicht blühend) und Spartina anglica (blühend). Foto: Granse, Uni Hamburg

Wie sich invasive Schlickgräser der Gattung Spartina im europäischen Wattenmeer ausbreiten, hat ein Forschungsteam der Universität Hamburg untersucht. Die Ergebnisse über die beiden zwei Cytotypen Spartina × townsendii und Spartina anglica lassen vermuten, dass die Pflanzen unterschiedlich auf Klima sowie Geomorphologie reagieren. Spartina × townsendii kam vor allem im nordöstlichen Teil des Wattenmeeres vor, vom niedersächsischen Wangerland (Deutschland) bis Skallingen (Dänemark), während Spartina anglica im gesamten Wattenmeergebiet zu finden war. Darüber hinaus stellte das Team fest, dass Spartina anglica nicht nur eine größere geografische Verbreitung hat, sondern auch in Mischbeständen dominiert und bis in deutlich höhere Gezeitenlagen vorkommt als Spartina × townsendii. Publisziert haben sie ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Estuaries and Coasts.

Quelle: Uni Hamburg beim idw

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Regenwald heilt langsamer als gedacht

Die Laubstreufroschart Phrynobatrachus guineensis ist nach der Abholzung nicht in ihren früheren Lebensraum zurückgekehrt. Foto: Mark-Oliver Rödel, MfN

In einer Langzeitstudie über zwanzig Jahre haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler  im Gebiet der westafrikanischen Elfenbeinküste beobachtet ob und wie sich ein Regenwald nach einer Abholzung erholen kann. Das ernüchterende Ergebnis: fast 50 Jahre nach der Abholzung hat sich das Ökosystem immer noch nicht erholt. Einige Froscharten kehren nie wieder in ihren ursprünglichen Lebensraum zurück, zeigt das Forschungsteam der beiden Leibniz-Einrichtungen Senckenberg Naturhistorische Sammlungen Dresden und das Museum für Naturkunde in Berlin (MfN) im Fachjournal Forest Ecology and Management.

Quelle: Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

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Lebensmittelbetrug effizient und kostengünstig aufklären

Durch gefälschte Lebensmittel, insbesondere durch falsche Angaben zur geografischen Herkunft, entsteht jährlich ein wirtschaftlicher Schaden in Milliardenhöhe. Botaniker der Universität Basel haben nun ein Modell entwickelt, mit dessen Hilfe die Herkunft von Lebensmitteln effizient und kostengünstig bestimmt werden kann. Der Basler Botaniker Dr. Florian Cueni aus dem Team von Prof. Dr. Ansgar Kahmen, Preisträger unserer Eduard Strasburger-Auszeichnung (2007), hat nun in Zusammenarbeit mit der auf Isotopenanalytik spezialisierten Agroisolab GmbH ein Modell entwickelt, mit dem sie das Sauerstoffisotopenverhältnis in Pflanzen einzelner Regionen simulieren können, wodurch das aufwändige Sammeln von Referenzdaten entfällt. Das Modell basiert auf Temperatur-, Niederschlags- und Luftfeuchtigkeitsdaten und Informationen über die Wachstumszeit einer Pflanze. Diese Informationen beziehen sie aus öffentlich zugänglichen Datenbanken. Ihre methode veröffentlichten sie im Fachmagazin Scientific Reports

Quelle: Uni Basel

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Auf Inseln ist die Artenvielfalt extrem bedroht

Prof. Severin Irl forscht an der Goethe-Universität zu endemischen Arten. Foto und (c): Andrea Achatz

Inseln machen nur 7 Prozent der weltweiten Landfläche aus – doch sie beherbergen 20 Prozent aller Tier- und Pflanzenarten. Diese Vielfalt ist extrem bedroht. In einem Beitrag in der Zeitschrift Global Ecology and Conservation beschreibt Biogeograph Prof. Severin Irl von der Goethe-Universität, Preistträger unserer Eduard Strasburger-Auszeichnung (2017), zusammen mit Kollegen den Ist-Zustand der Artenvielfalt. Die Autoren schlagen konkrete Maßnahmen vor, wie weiteres Aussterben verhindert werden kann und wie Naturschutzbelange mit den Belangen der dort lebenden Menschen in Einklang gebracht werden können. Als Grundlage wird ein vollständiges Inventar der Arten auf Inseln benötigt. Dass ein solches oft fehlt, erschwert die Entwicklung geeigneter Naturschutzkonzepte. Zugleich sind konkrete Naturschutzmaßnahmen für akut vom Aussterben bedrohte Arten und deren natürliches Habitat unabdingbar. Alle Maßnahmen müssen in einem sozio-ökologischen Kontext unter Einbeziehung der Bedürfnisse der lokalen Bevölkerung geschehen, die als Bewahrer der Biodiversität fungieren und mit der Wissenschaft entsprechende Kapazitäten aufbauen sollten.

Quelle: Uni Frankfurt

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Aussehen von Pflanzen verrät nichts über ihre Wurzeln

Die große oberirdische Vielfalt der Pflanzen spiegelt sich nur bedingt im Aussehen ihrer Wurzeln wider. Während es oberhalb der Erde sehr viele verschiedene Pflanzenmerkmale und charakteristische Muster gibt, ähneln sich die meisten Arten im Boden stark. Mehr noch: Es gibt offenbar keinen Zusammenhang zwischen "oben" und "unten", wie ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Tartu und Beteiligung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in der Fachzeitschrift Nature schreibt.

Quelle. Uni Halle

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Wiedervernässte Moore sind neuartige Ökosysteme

Wiedervernässte Moore im Peenetal in Mecklenburg-Vorpommern. Foto: Stephan Busse

Durch die Wiedervernässung von Mooren entstehen hydrologisch, geochemisch und auch in der Vegetation neuartige Ökosysteme. Diese müssen funktional anders bewertet werden, d.h. das Übertragung von Wissen über die Funktionsweise aus naturnahen Mooren nur eingeschränkt möglich ist. Das ist das Schlussfolgerung aus den Ergebnissen einer Studie, die in dem Artikel „Rewetting does not return drained fen peatlands to their old selves“ in der aktuellen Ausgabe (September 2021) der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde. Dazu hatten Forschende unter Federführung der Universitäten Greifswald und Rostock eine große Gruppe von Moorkundigen aus Europa Daten von hunderten naturnahen und wiedervernässten Niedermooren in gemäßigten Zonen Europas miteinander verglichen.

Quelle: Uni Greifswald

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Genetic Engineering-Methode erzeugt Tomaten mit natürlicher lila Farbe

Violette Tomaten um eine nicht veränderten Frucht. Foto: Sylvestre Marillonnet, IPB

Forschende haben mit Genetic Engineering-Methoden violette Tomaten hergestellt. Dafür schleusten das Team des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) die für die Biosynthese von Betanin benötigten Gene in die Pflanzen ein und aktivierten sie in den reifenden Früchten. Betanin ist ein natürlicher Lebensmittelfarbstoff der Roten Beete, der ursprünglich nicht in Tomaten gebildet wird. Das Hauptziel dieser Studie war demnach nicht in erster Linie eine neue Tomaten-Sorte zum Verzehr, sondern vielmehr die Weiterentwicklung der Genetic Engineering-Methoden, die sich mit der Produktion eines gut sichtbaren Farbstoffes sehr viel einfacher analysieren lassen. Diese Art der Erzeugung von Wirkstoffen in eigens dafür entwickelten pflanzlichen Produktionssystemen wird in Zukunft vor allem bei der Herstellung von Medikamenten eine große Rolle spielen. Bereits jetzt forscht man intensiv an der Produktion von Impfstoffen und Antikörpern in der Pflanze. Sie publizierten ihre Ergebnise in der Fachzeitschrift Frontiers in Plant Science.

Quelle: IPB

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Namen aller Kakteen veröffentlicht

Anzuchtshaus des Botanischen Gartens und Botanisches Museum Berlin (BGBM). Foto und (c): N. Köster

Ein internationales Netzwerk von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern hat jetzt in über zweijähriger Arbeit eine komplette Checkliste aller bekannten Kakteenarten und ihrer aktuell gültigen Namen erstellt und im August im Fachmagazin Willdenowia publiziert. Das Ergebnis ist als Teil des botanischen Großprojektes World Flora Online eine entscheidende Wissensgrundlage zum Schutz und Erhalt der Artenvielfalt im Rahmen der UN-Konvention für biologische Vielfalt. Mit der neuen Checkliste steht zum ersten Mal eine dynamische, wissenschaftsbasierte Online-Ressource zur Verfügung. Sie enthält alle derzeit bekannten 1851 Kakteenarten und gibt Auskunft über den jeweils gültigen Namen sowie bekannte Synonyme. Insgesamt 22.275 Namen wurden zugeordnet und in dieser Form erstmals digital mit allen Quellen- und Autorenangeben hinterlegt. Alle Ergebnisse, an denen auch Forschende des Botanischen Gartens Berlin (BGBM) beteiligt waren, werden als Teil der Welt-Artenliste von Landpflanzen World Flora Online frei verfügbar gemacht. Die dynamische Datenbank enthält eine Gesamtliste der etwa 350.000 bisher bekannten Landpflanzenarten (Blütenpflanzen, Farne und Moose) und wurde Ende 2020 als ein wichtiges Projekt zu den Zielen der UN-Konvention für biologische Vielfalt von 1992 umgesetzt. Die Wissenschaftlerin Dr. Nadja Korotkova aus Berlin war federführend bei der Erstellung der Checkliste. Taxonomic Expert Networks sorgen dafür, dass neue Erkenntnisse über die Artendiversität der Pflanzen weiterhin Eingang in die Online-Flora finden.

Quelle: BGBM

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News · Forschungsergebnis

Neuer Ansatz zur Bekämpfung der globalen Grasland-Degradierung gefordert

Graslandschaften nehmen etwa 40 Prozent der Landoberfläche der Erde und rund 69 Prozent der landwirtschaftlichen Nutzfläche ein. Foto: Peter Manning, Senckenberg

Graslandschaften sind weltweit Oasen biologischer Vielfalt und stellen eine Vielzahl von Leistungen für den Menschen bereit – darunter Nahrungsmittel, Wasserversorgung und die Speicherung von Kohlenstoff. Die Zukunft dieser Ökosysteme sieht jedoch düster aus, sollten keine Maßnahmen ergriffen werden, um die Degradierung der Grasländer aufzuhalten und ihre Renaturierung zu fördern. Ein internationales Expert*innenteam, unter der Leitung der Universität Manchester, schlägt in einer Publikation im Fachmagazin Nature Reviews Earth & Environment eine Reihe von Strategien vor, um die weltweite Zerstörung von Graslandschaften zu stoppen und ihre Wiederherstellung zu fördern.

Quelle: Senckenberg

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News · Forschungsergebnis

Zustand terrestrischer Ökosysteme lässt sich mit drei Schlüssel-Indikatoren erfassen

Der Versuchsstandort im italienischen Torgnon ist ein Grasland auf etwa 2.100 m Höhe in den Alpen, das zum Integrierten Kohlenstoff-Beobachtungssystem (ICOS) und zum FLUXNET-Netzwerk gehört. Foto und (c): Marta Galvagno, ARPA Valle d'Aosta, Italien

Ökosysteme erbringen vielfältige Dienstleistungen für den Menschen. Diese hängen von grundlegenden Ökosystemfunktionen ab, die sowohl durch das vorherrschende Klima und Artenvorkommen als auch durch menschliche Eingriffe beeinflusst werden. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie (MPI-BGC) in Jena hat drei Schlüsselindikatoren ermittelt, die die Funktionsweise terrestrischer Ökosysteme beschreiben:

  • die Fähigkeit, die Primärproduktivität zu maximieren,
  • die Effizienz der Wassernutzung und
  • der Wirkungsgrad der Kohlenstoffnutzung.

Das Monitoring dieser drei Kennzeichen ermöglicht es, einzuschätzen, wie anpassungsfähig ein Ökosystem gegenüber Klima- und Umweltveränderungen ist und wie es sich unter bestimmten Bedingungen weiterentwickeln kann. Diese Ergebnisse publizierte das Team in der Fachzeitschrift Nature.

Quelle: MPI-BGC

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Unsichtbaren Stress eines Waldes sichtbar gemacht

Sprinkler bewässern eine der Parzellen in der Waldforschungsfläche Pfynwald im Wallis. Foto: Michèle Kaennel Dobbertin, WSL

Naturfreunde erkennen leicht, ob ein Baum krank oder schwach ist - zum Beispiel an der Verfärbung oder am Verlust von Blättern. Zu diesem Zeitpunkt sind die Schäden aber schon fortgeschritten und oft unumkehrbar. In einer neuen Studie zeigen Forschende der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) wie sich der Grad des Gestresstseins frühzeitig am Baum erkennen lässt. Dafür setzen sie Spektraldaten aus Drohnenfotos ein und publizierten die Ergebnisse im Fachmagazin Plant, Cell & Environment.

Quelle: WSL

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Afrikanische Bergwälder als unterschätzte Kohlenstoffspeicher

Blick von einem Bergmassiv der Taita Hills im Süden Kenias. Foto: Prof. Dr. Christine Schmitt

Tropische Regenwälder stellen gigantische Kohlenstoffspeicher dar. Doch der Beitrag tropischer Bergwälder zum Klimaschutz wurde bislang unterschätzt. Ein Waldstück in den tropischen Bergwäldern Afrikas kann im Durchschnitt etwa 149,4 Tonnen Kohlenstoff pro Hektar aufnehmen – das entspricht ungefähr dem Kohlenstoffspeicher der afrikanischen Tieflandregenwälder und liegt deutlich über dem Wert der Tiefland- und Bergwälder Südamerikas. Das belegt eine internationale Studie, die im August im Wissenschaftsmagazin Nature erschien und von der Beteiligten Prof. Dr. Christine Schmitt, Geographin an der Universität Passau, heute der Öffentlichkeit vorgestellt wurde.

Quelle: Uni Passau

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Gut fürs Grundwasser – schlecht für Nutzpflanzen? Plastikpartikel geben Schadstoffe in oberen Bodenschichten frei

In der Landwirtschaft gelangen mit Kompost, Klärschlamm und mit der Verwendung von Folien große Mengen von Nano- und Mikroplastik auf die Ackerböden. Die Plastikpartikel haben dabei stets diverse Schadstoffe im Gepäck. Diese transportieren sie jedoch meist nicht, wie häufig angenommen, bis ins Grundwasser. Umweltgeowissenschafter*innen um Thilo Hofmann haben nun ermittelt, dass die Kunststoffpartikel die Schadstoffe bereits in oberen Bodenschichten freigeben: Sie verunreinigen demnach in der Regel nicht das Grundwasser, wirken aber negativ auf Bodenmikroben und Nutzpflanzen. Die Studie der Universität Wien erscheint in Nature Communications Earth & Environment.

Quelle: Uni Wien

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Seegras-Wiesen als Vibrionen-Fänger

Taucher nehmen Wasserproben in einer Seegraswiese. Foto: Christian Howe

Wiesen aus Seegras helfen, den Klimawandel zu mindern und Algenblüten zu verhindern – und sie können laut neuesten Forschungsergebnissen auch die Konzentrationen potenziell gesundheitsschädlicher Bakterien im Meerwasser senken: Seegras-Wiesen erbringen einer jetzt veröffentlichten Studie von Kieler Forschenden zufolge eine weitere Ökosystemleistung für uns Menschen. Die Ergebnisse liefern einen weiteren Anreiz für den Schutz und die Wiederherstellung dieser lange unterschätzen Ökosysteme in der deutschen Ostsee. Veröffentlicht haben die Forschenden um Prof. Dr. Thorsten Reusch vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel ihre Ergebnisse im Fachmagazin Marine Biology.

Quelle: GEOMAR

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Wie Hormone die Verlängerung von Wurzeln steuern

Verlängerung der Seitenwurzeln bei Stickstoffmangel. Grafik: IPK Leibniz-Institut

Die landwirtschaftliche Pflanzenproduktion muss künftig mit weniger Stickstoff als Dünger auskommen, womit es die Stickstoff-Nutzungseffizienz zu erhöhen gilt, um den Ertrag stabil zu halten. Bei leichtem Stickstoffmangel verlängern Pflanzen ihre Seitenwurzeln. So kann mehr Stickstoff als zuvor aufgenommen werden. Forschende des Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) haben jetzt ein hormonelles Regulationsmodul entdeckt, das die molekularen Prozesse dieser Anpassungsreaktion vermittelt. Eine zentrale Rolle darin spielen Brassinosteroide und Auxine. Die Ergebnisse haben sie im Magazin Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: IPK (pdf)

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Wie Pflanzen Phosphat erkennen

Den neuen Mechanismus haben die Forschenden bei Arabidopsis-Pflanzen untersucht. Foto: Gabriel Schaaf, Uni Bonn

Eine Studie der Universität Bonn und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben beleuchtet den Mechanismus, mit dem Pflanzen erkennen, ob der Nährstoff Phosphat in ausreichender Menge vorliegt. Diesen Mechanismus aktivieren Pflanzen auch, um Phosphat zu mobilisieren und aufzunehmen. Das Enzym ITPK1 spielt dabei eine besondere Rolle. Die Stoffgruppe der beteiligten Signalmoleküle reagiert sehr empfindlich auf Phosphat und die Regulation findet nicht nur in Pflanzen, sondern auch in menschlichen Zellen statt. Die Ergebnisse könnten langfristig zur Züchtung neuer Sorten führen. Die finale Fassung der Studie ist jetzt in Molecular Plant erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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Ökoeffizientes Düngen schont Natur, Gesundheit und Geldbeutel

Ökoeffizientes Düngen. Foto: U. Benz, TUM

Harnstoff ist ein wertvoller Stickstoff-Dünger und wird in der Landwirtschaft regelmäßig zur Düngung großer Ackerflächen genutzt. Die Freisetzung von Harnstoff in die Atmosphäre hat jedoch weitreichende Folgen für die Umwelt und die menschliche Gesundheit. Abhilfe schaffen kann der Zusatz von „Urease-Inhibitoren“, die die gasförmigen Ammoniak-Verluste verringern. Ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) hat berechnet, wie durch den Einsatz ökoeffizienter Dünger Ausgaben in Milliardenhöhe im Umwelt- und Gesundheitsbereich eingespart werden können. Seine Ergebnisse publiszierte das Team in der Fachzeitschrift Environmental Research Letters.

Quelle: TUM

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Review: Handbestäubung landwirtschaftlicher Nutzpflanzen

Indonesische Landwirte in „Central Sulawesi“ bestäuben Kakaopflanzen. Hier werden Blüten auf Blüten gedrückt, um Pollen zu übertragen: Der Stempel wird mit dem Pollen einer anderen Blüte in Kontakt gebracht. Thomas C. Wagner

Bestäuber sind unverzichtbar für die landwirtschaftliche Produktion. Allerdings kann Bestäubung auch ausfallen oder unzureichend sein, was zu geringeren Erträgen und schlechterer Qualität führen kann. Daher sind alternative Lösungen erforderlich. Die Handbestäubung, bei der Pollen manuell oder mechanisch auf die Blüte aufgetragen wird, kann die tierische Bestäubung ergänzen oder ersetzen. Forscherinnen und Forscher der Universitäten Göttingen und Hohenheim präsentieren nun die erste systematische Übersicht über die Handbestäubung von Nahrungsmittelpflanzen. Sie zeigen, dass Handbestäubung weltweit bei 20 Nutzpflanzen angewandt wird, darunter auch wirtschaftlich bedeutsame Pflanzen wie Apfel, Ölpalme und Kakao. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Basic and Applied Ecology erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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Waldränder in den Tropen verstärken Kohlenstoff-Emissionen

Die Abholzung der tropischen Regenwälder schreitet unaufhaltsam voran und damit die Fragmentierung dieser Wälder. Das zeigt die jüngste Auswertung von Satellitendaten durch UFZ-Wissenschaftler:innen. Der Anstieg der Fragmentierung auf fast ein Drittel der Waldfläche hat Folgen für den globalen Kohlenstoffkreislauf, schreiben sie in Science Advances: Durch eine erhöhte Baumsterblichkeit werden an den Waldrändern große Mengen an Kohlenstoff freigesetzt. Modellsimulationen zeigen zudem, dass diese Emissionen in Zukunft zunehmen könnten. Nur durch weniger Abholzung kann der Prozess gebremst werden.

Quelle: UFZ

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Beide Zweige der Immunabwehr sind eng verflochten

Versuchspflanze Arabidopsis thaliana im Gewächshaus. Foto: Uni Tübingen

Das Immunsystem der Pflanzen besteht aus zwei Zweigen: erste Abwehrmaßnahmen beginnen bei der Erkennung solcher Eindringlinge außerhalb der Zellen, ein zweiter Alarmierungsweg wird von der Pflanze selbst in der Zelle ausgelöst. In jüngster Zeit hatten sich die Hinweise vermehrt, dass diese bisher getrennt geglaubten Zweige des pflanzlichen Immunsystems verbunden sein könnten. Nun hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Professor Thorsten Nürnberger vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen der Universität Tübingen und Professorin Jane Parker vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln einen Beleg für die Verbindung gefunden. Es hat Komponenten entdeckt, die in die Signalwege beider Zweige eingeschaltet sind. Eine gute Immunabwehr und der Aufbau einer großen Widerstandskraft gegen mikrobielle Krankheitserreger sind wichtige Ziele in der Pflanzenzüchtung und im Nutzpflanzenbau. Die Ergebnisse, die zu einem neuen Modell des pflanzlichen Immunsystems führen könnten, wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Quelle: Uni Tübingen

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Pollen verraten Vegetation zu Lebzeiten eines Dinosauriers

Spore eines Bärlappgewächses aus der Körperhöhle der Dinosaurier-Mumie, die derzeit bei Senckenberg ausgestellt ist. Aufnahme: Senckenberg

Das Sedimentgestein aus der Körperhöhle der im Senckenberg Naturmuseum Frankfurt ausgestellten Mumie des Entenschnabel-Dinosauriers (Edmontosaurus annectens) haben Forschende nun untersucht. Anhand von Pollen-Analysen konnten sie die Vegetation und damit Details des Ökosystems zu Lebzeiten des Dinosauriers von Wyoming von vor etwa 70 Millionen Jahren rekonstruieren und publizierten die Ergebnisse in der Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften. Die Pflanzenwelt im Maastrichtium, vor fast 70 Millionen Jahren, umfasste demnach Farne und andere Sporenpflanzen, aber auch Gymnospermen und Angiospermen. Die Forschenden wiesen darüber hinaus vereinzelte Süßwasseralgen in den Ablagerungen nach. In allen untersuchten Proben fanden die beiden Wissenschaftler zudem einen hohen Anteil von Holzkohlepartikeln, der für regelmäßige Vegetationsbrände zur Zeit der Ablagerung spricht.

Quelle: Senckenberg

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Photosynthese auch bei Hitze: Helferprotein sichert Bildung von Chlorophyll

Dass die Chlorophyll-Biosynthese auch bei Hitze reibungslos funktioniert, verdanken Pflanzen einem bestimmten Helferprotein: dem Chaperon cpSRP43. Es sorgt dafür, dass wichtige Stoffwechselenzyme auch in der Mittagshitze ihre Form behalten und für die Chlorophyllproduktion sorgen. Das zeigen Forschende des Instituts für Biologie der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und des California Institute of Technology (Caltech). Für die Studie, die nun in der Fachzeitschrift Nature Plants erschienen ist, setzten die Forschenden Pflanzen Hitzestress aus und analysierten Enzyme im Labor. Dabei entdeckten sie die wichtige Hitzeschutzfunktion des Chaperons cpSRP43.

Quelle: HU Berlin

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Totholz im globalen Kohlenstoff-Kreislauf

Totholz im Buchenwald nahe der Ökologischen Station der Uni Würzburg. Pilze haben sich daran gemacht, die Stämme zu zersetzen. Foto: Sebastian Seibold

Wie schnell totes Holz im Wald abgebaut wird, hängt vom Klima sowie von Pilzen und Insekten ab. Ein internationales Forschungsteam hat nun den jährlichen Beitrag von Totholz zum globalen Kohlenstoffkreislauf ermittelt und erstmals die Bedeutung von Insekten beim Holzabbau quantifiziert. Dazu hat das Team an 55 Wald-Standorten auf sechs Kontinenten Hölzer von über 140 Baumarten ausgelegt, um den Einfluss des Klimas auf die Abbaugeschwindigkeit zu messen. „Aus dem Experiment konnten wir modellieren, in welchem Ausmaß Totholz am globalen Kohlenstoffkreislauf beteiligt ist“, sagt Rupert Seidl, Professor für Ökosystemdynamik und Waldmanagement an der der TUM. „Demnach werden jährlich 10,9 Gigatonnen Kohlenstoff weltweit aus Totholz freigesetzt. Ein Teil des Kohlenstoffs geht dabei in den Boden, während ein anderer Teil in die Atmosphäre freigesetzt wird. Die aus Totholz freigesetzte Menge entspricht rund 115 Prozent der Emissionen aus fossilen Brennstoffen“, ergänzt Dr. Werner Rammer, Wissenschaftler an der TUM, der die globalen Berechnungen federführend durchgeführt hat. „Mit 93 Prozent tragen die Tropenwälder auf Grund ihrer hohen Holzmasse in Kombination mit schnellen Abbauprozessen überproportional zu diesem Ergebnis bei, sagt PD Dr. Sebastian Seibold, Erstautor der in Nature erschienen Studie.

Quelle: TUM

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Welche Kartoffel trotz Phosphormangel gedeiht

Mehrere Speise- und Stärkekartoffel-Sorten wurden bei unterschiedlichen Boden-Phosphorgehalten im Gefäßversuch angebaut und analysiert. Foto: Leangsrun Chea

Für den Kartoffelanbau ist es herausfordernd, die richtige Düngermenge zu finden, da Kartoffeln aufgrund ihrer schwachen Wurzelsysteme einen hohen Bedarf an Phosphor haben, Dünger jedoch knapp und teuer ist. Ein Forschungsteam der Universität Göttingen hat untersucht, wie sich eine eingeschränkte Phosphorversorgung auf die Nutzungseffizienz der Pflanzen und die Qualität der Kartoffelknollen auswirkt. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Frontiers in Plant Science erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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Seltene Gersten-Mutation mit Potenzial

Sieben Tage alte Gerstenwurzeln der Mutante egt2 wachsen strikt nach unten, also hypergravitrop (links). Wurzeln ohne die egt2-Mutation wachsen in die Breite und erschließen dadurch ein größeres Erdvolumen auf der Suche nach Nährstoffen (rechts). Aufnahmen: Gwendolyn Kirschner

Wie wichtig das Wurzelsystem für die Höhe landwirtschaftlicher Erträge ist, wird häufig unterschätzt. Ob Wurzeln effektiv an Wasser und Nährstoffe herankommen, entscheidet auch darüber, wie widerstandsfähig wichtige Kulturpflanzen gegenüber Dürre und Klimawandel sind. Forschende der Universitäten Bonn und Bologna (Italien) haben eine Mutante in Gerste entdeckt und beschrieben: Ihre Wurzeln wachsen deutlich steiler nach unten als normalerweise. Diese Entdeckung bietet potenziell einen Ansatzpunkt für die Züchtung dürreresistenterer Sorten. Die Studie ist nun in PNAS erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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Hohe Kohlenstoff-Speicherung in afrikanischen Bergwäldern

Nebelwald am Kilimanjaro. Foto und (c): Andreas Hemp

Die tropischen Bergwälder Afrikas speichern in ihrer oberirdischen Biomasse mehr Kohlenstoff pro Hektar als alle anderen tropischen Wälder der Erde. Sie leisten mit dieser hohen Speicherkapazität einen großen Beitrag zum Klimaschutz - in einer Größenordnung, die vom Weltklimarat IPCC bisher erheblich geringer veranschlagt wurde. Zu diesem Ergebnis kommt eine in Nature veröffentlichte Studie eines internationalen Forschungsrnetzwerks, das mit Nachdruck zum Erhalt dieser kohlenstoffreichen Ökosysteme aufruft. Dr. Andreas Hemp von der Universität Bayreuth und sein Team haben in diesem Rahmen die Kohlenstoff-Vorräte in den Bergwäldern am Kilimanjaro untersucht.

Quelle: Uni Bayreuth

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Wie sich die ersten Wurzeln vor mehr als 400 Millionen Jahren entwickelten

Künstlerische Rekonstruktion der fossilen und inzwischen ausgestorbenen Art Asteroxylon mackiei Grafik und (c): Matt Humpage

Die erste 3D-Rekonstruktion einer Pflanze aus dem Devon hat ein Forschungsteam realisiert, die ausschließlich auf fossilen Belegen beruht. Die Ergebnisse von Forschenden des Wiener Gregor Mendel Instituts für Molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (GMI), der Universität Edinburgh und der Universität Oxford zeigen, dass das Auftreten verschiedener Achsentypen an den Verzweigungspunkten zur weiteren Diversifizierung führte, kurz nachdem sich die Landpflanzen vor etwa 400 Millionen Jahren entwickelt hatten. Die Ergebnisse wurden nun im Journal eLife veröffentlicht.

Quelle: GMI

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Fichten- und Tannenwirtschaftswälder durch den Waldbau auf Trockenheit vorbereiten

Gemischter Weisstannen- und Fichtenbergwald auf 1020 Metern Höhe in einem der Studiengebiete. Foto: Alessandra Bottero

In Mitteleuropa werden Trockenzeiten mit dem Klimawandel häufiger, doch manche heutigen Wälder können schlecht damit umgehen. Daten eines 30-jährigen Experiments zeigen nun, wie anfällig Fichten- und Tannenwirtschaftswälder auf Dürre sind. Der Waldbau kann aber ihre Resilienz gegen Trockenheit erhöhen, das heisst, wie rasch und gut sie sich davon erholen können. Dies berichtet ein von der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) geleitetes Forschungsteam im Fachjournal Global Change Biology.

Quelle: WSL

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Paprika ist ein frühes Beispiel des globalen Handels

Die Forschenden erzeugten einen hochauflösenden genetischen Fingerabdruck von mehr als zehntausend Paprika-Proben (Capsicum spp.) aus internationalen Genbanken und nutzen diese Daten, um die Geschichte dieses Gewürzes zu untersuchen. Aufnahme: Ilan Paran, IPK Leibniz-Institut

Genetische Daten aus Genbanken belegen, dass Paprika dank einiger vorteilhafter Eigenschaften bereits früh von Handeltreibenden in weiten Teilen der Welt vertrieben wurde. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie eines internationalen Teams, an der Forschende des IPK-Leibniz-Instituts maßgeblich beteiligt waren und deren Ergebnisse in der Zeitschrift PNAS veröffentlicht wurden. Sie ist eines der ersten Beispiele für globalisierten Handel, nicht zuletzt wegen ihrer Charakteristika: leicht zu produzieren, zu konservieren und einfach in getrockneter Form zu transportieren; zudem wird Paprika nur in sehr kleinen Mengen zum Würzen von Speisen benötigt. Das meldet das Leibniz-Institut beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: IPK beim idw

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Bakteriengift macht Grünalge Chlamydomonas blind

Grünalgen verlieren fast vollständig die Farbe, wenn ihnen die tödlichen Bakterien zugesetzt wurden. Foto: Foto: Jens Meyer, Uni Jena

Forschende der Universität Jena entdeckten ein Bakteriengift, das die Farb­pigmente im Augenfleck der einzelligen Grünalgen Chlamydomonas reinhardtii zerstört. Zusammen mit einer weiteren giftigen Substanz machen die Bak­terien der Art Pseudomonas protegens die beweglichen Grünalgen damit nicht nur orientierungs- und bewegungslos, sondern schicken sie in den sicheren Tod. Dem Gift mit Namen „Protegencin“ kam das Forschungsteam mit Hilfe der Raman-Spektroskopie und der Naturstoffforschung auf die Spur. Ihre Studienergebnisse veröffentlichen die Forschenden in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins PNAS.

Quelle: Uni Jena

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Genaue Methode zur Bestimmung aktiver Gene

Die Vielzahl der verschiedenen Sequenzen, zu welchen die Transkriptionsfaktoren binden und welche das von der Forschungsgruppe beschriebene Cistrom des Mais ausmachen. Grafik: Thomas Hartwig, HHU

Ein Konsortium von deutschen und US-Forschenden unter Beteiligung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtung Köln (MPIPZ) entwickelte eine Methode, die in einer einzigen Analyse alle Bereiche des aktiven Genoms bestimmen kann. Sie stellen ihre Ergebnisse anhand der Nutzpflanze Mais in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift PLoS Genetics vor.

Quelle: HHU

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500 Millionen Messwerte: wie arktisch-alpine Pflanzen auf die Globale Erwärmung reagieren

Die Zwergbirke (hier mit rötlich gefärbten Blättern) könnte vom Klimawandel profitieren. Foto und (c): Roland Pape, University of South-Eastern Norway

Es ist die bislang umfassendste Studie ihrer Art: Forschende der Universität Bonn und der University of South-Eastern Norway haben untersucht, wie zwei charakteristische arktisch-alpine Pflanzenarten auf die Globale Erwärmung reagieren. Dazu haben sie fast 500 Millionen eigene Messdaten aus der Gebirgsregion Norwegens ausgewertet. Die Analysen zeigen, dass mögliche Konsequenzen des Klimawandels extrem stark von dem individuellen Standort der Pflanzen abhängen und vor allem laubwerfende Arten von einer Erwärmung profitieren werden. Als Folge würde sich der Trend zur Vergrünung der arktisch-alpinen Regionen weiter verstärken. Die Studie erscheint in der Fachzeitschrift Ecosphere.

Quelle: Uni Bonn

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Landnutzung als Bedrohung und Chance für Hummeln

Eine Helle Erdhummel (Bombus lucorum) besucht eine Distel am Kreuzeck, Garmisch-Partenkirchen. Bei vielen europäischen Hummelarten sinken aktuell die Populationen. Foto: Penelope Whitehorn, KIT

Änderungen der Landnutzung verstärken für Hummeln die Risiken, denen sie durch den Klimawandel ausgesetzt sind. Ein intelligentes Landmanagement dagegen könnte einige Arten stabilisieren, die einen wesentlichen Beitrag zur Bestäubung von Nutzpflanzen leisten. Das zeigen Langzeitsimulationen, die Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gemeinsam mit Partnern aus Italien durchgeführt haben. Ihre Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift Global Change Biology veröffentlicht.

Quelle: KIT

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Überlebensstrategie hungernder Bäume: die kritische Rolle der Energievorräte

Experimenteller Aufbau des CO2-Hungerexpriments an den jungen Fichten. Foto: MPI-BGC

Bei extremem Klima können Pflanzen nicht ausreichend energiereiche Kohlenstoff-Verbindungen durch Photosynthese herstellen. Sie sind dann auf Reserven angewiesen. Diese werden nach bisherigen Erkenntnissen aber nur gebildet, wenn genug Photosyntheseprodukte vorhanden und Wachstumsvorgänge abgedeckt sind. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie fanden nun heraus, dass Bäume auch während langer Hungerphasen weiterhin Reserven bilden. Dabei verzichten sie darauf, weiter zu wachsen und verdauen sogar eigene energiereiche Bestandteile. Mit dem neuen Wissen können Modelle verbessert werden, die das Schicksal der Wälder vor dem Hintergrund des Klimawandels vorhersagen.

Quelle: MPI für Biogeochemie

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Die „Phytoplanktonfabrik“ – vom Nährstoff zum Algenwachstum

Phytoplankton aus dem Südlichen Ozean. Aufnahme: Jeff McQuaid

Eine internationale Studie unter Beteiligung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel gibt neue Einblicke in die komplexen biogeochemischen Prozesse an der Basis des marinen Ökosystems. Forschende der Dalhousie University, der University of Liverpool, des GEOMAR und der Scripps Institution of Oceanography haben ein neues Modell für die Untersuchung des Phytoplanktonwachstums im Meer entwickelt. Das Modell wurde mit metaproteomischen und Umweltdaten gekoppelt, um genaue Vorhersagen z. B. über die Wachstumsraten des Phytoplanktons im Südlichen Ozean zu ermöglichen. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass kumulative zelluläre Kosten bestimmen, wie Umweltbedingungen das Wachstum von Phytoplankton verändern“, resümiert Professor Dr. Eric Achterberg, Co-Autor der Studie vom GEOMAR zur Studie mit dem Titel Cellular costs underpin micronutrient limitation in phytoplankton, die in der Fachzeitschrift Science Advances erschien.

Quelle: GEOMAR

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Globales Pflanzenwachstum leidet vermehrt durch Klimaextreme

Veränderungen der Auswirkung von Dürreereignissen auf die Pflanzenproduktion im Zeitraum 2000-2016 im Vergleich zur Periode 1982-1998. Grafik: Uni Augsburg

Klimaextreme wie Dürren und Hitzewellen führen zu geringerem Pflanzenwachstum (Primärproduktion). Somit wird weniger CO2 aus der Atmosphäre gebunden. Eine Studie unter der Leitung von Forschenden der Universität Augsburg zeigt, dass insbesondere in den nördlichen Breitengraden im Vergleich von 1982-1998 zu 2000-2016 negative Extreme des Pflanzenwachstums um 10,6 Prozent zugenommen haben. Die Ergebnisse im Fachjournal Nature Climate Change verdeutlichen negative Auswirkungen auf die Aufnahme von CO2 durch Pflanzen sowie auf die Landwirtschaft die Folgen sind.

Quelle: Uni Augsburg

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Biodiversitäts-freundliche Landschaften jenseits des Öko-Landbaus

Ein Mosaik aus natürlichen Lebensräumen und kleinräumigen und vielfältigen Anbauflächen sind laut den Autorinnen und Autoren sowohl in der konventionellen als auch in der ökologischen Landwirtschaft der Schlüssel, um Artenvielfalt zu fördern. Foto: Tibor Hartel

Ist der ökologische Landbau die grundlegende Alternative zur konventionellen Landwirtschaft, um die Biodiversität in Agrarlandschaften zu fördern? Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Göttingen stellt dies in Frage. Ein landschaftliches Mosaik aus natürlichen Lebensräumen und kleinräumigen und vielfältigen Anbauflächen sind laut den Autorinnen und Autoren sowohl in der konventionellen als auch in der ökologischen Landwirtschaft der Schlüssel, um Artenvielfalt großflächig zu fördern, wie das Team in der Fachzeitschrift Trends in Ecology and Evolution berichtet.

Quelle: Uni Göttingen

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Naturnahe Kleinstrukturen ergänzen Blühstreifen beim Schutz von Bestäubern

Vivien von Königslöw fängt die Bienen und Schwebfliegen bei der Bestäubung mit einem Kescher, um sie besser bestimmen zu können. Foto: Vivien von Königslöw, Uni Freiburg

Die von Blumen bedeckten Ränder an Ackern blühen typischerweise zwischen Mitte Mai und Mitte August. Um Bestäuberinsekten in der Agrarlandschaft das ganze Jahr über zu unterstützen, sind ergänzende Lebensräume notwendig. Naturnahe Kleinstrukturen, wie beispielsweise Gräben, Böschungen, Hecken oder überwachsene Zäune könnten eine solche Ergänzung darstellen. Das zeigen Forschende aus Freiburg, die über zwei Jahre hinweg Blühstreifen sowie naturnahe Kleinstrukturen im Bodenseegebiet untersucht haben, wo aufgrund des großflächigen Obstanbaus ein besonderes Interesse an bestäubenden Insekten besteht. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscherinnen um Vivien von Königslöw, Dr. Anne-Christine Mupepele und Prof. Dr. Alexandra-Maria Klein in der Fachzeitschrift Biological Conservation.

Quelle: Uni Freiburg

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Mehr Vielfalt auf Tellern und Feldern

Prof. Brigitte Poppenberger (re.) und ihre Doktorandin Adebimpe Adedeji-Badmus umgeben von Ebolo-Pflanzen in einem Gewächshaus der TUM School of Life Sciences. Foto: A. Heddergott, TUM

Als Beitrag zur Nahrungsmittelsicherheit und -vielfalt in Subsahara Afrika soll ein dort vorkommendes vitamin- und mineralstoffreiches Blattgemüse in Kultur genommen werden. Derzeit enthalten die Pflanzen allerdings noch hochgiftige Stoffe, die krebserregend und leberschädigend sind, wie ein Forschungsteam um Brigitte Poppenberger von der TU München (TUM) zusammen mit Forschenden aus Nigeria im Fachjournal Frontiers in Plant Science gezeigt hat. Ziel der Forschenden ist es jetzt, toxinfreie Sorten zu züchten, um die Pflanze gefahrlos nutzen zu können.

Quelle: TUM

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Raps-Kohlhernie mittels Pilzen in Schach halten

Mit Kohlhernie befallenen Pflanzen haben knollenartig verdickte Wurzeln. Foto: Jutta Ludwig-Müller, TU Dresden

An biologischen Methoden zur besseren Kontrolle der verbreiteten Pflanzenkrankheit Kohlhernie (auch Klumpfußkrankheit) bei Raps haben Teams in einem gemeinsamen Projekt geforscht unter Leitung von Jutta Ludwig-Müller, Professorin für Pflanzenphysiologie an der TU Dresden, und Dr. Nazanin Zamani-Noor, vom Julius- Kühn-Institut (JKI) Braunschweig. Dabei konnten sie durch die Zugabe des Pilzes Acremonium alternatum eine Erhöhung des Frischgewichts bei infizierten Pflanzen beobachten. Dies ist ein vielversprechendes erstes Ergebnis für die Agrarwirtschaft. Kohlhernie, eine typische Fruchtfolgekrankheit, wird vom Erreger Plasmodiophora brassicae hervorgerufen, dessen Dauersporen bis zu 20 Jahren im Boden überdauern können. Auch der Anbau resistenter Sorten verspricht oft nur eine kurzzeitige Entlastung. Dr. Susann Auer stellt in einem 3,5-Minuten-Video die gefürchtete Erkrankung der Pflanze vor (siehe bei YouTube). Der Abschlussbericht des von der Union zur Förderung von Öl- und Proteinpflanzen e.V. (UFOP) geförderten Projekts ist nun bei UFOP veröffentlicht (siehe: pdf-Datei).

Quelle: TU Dresden

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Teure Invasion: Nicht-heimische Arten verursachten Kosten von über 116 Milliarden Euro in EU

Senckenberg-Wissenschaftler*innen haben gemeinsam mit einem internationalen Team die durch invasive Arten entstandenen Kosten in Europa und Deutschland untersucht. In ihren heute im Fachjournal NeoBiota (DOI 10.3897/neobiota.@@.58196 und 10.3897/neobiota.@@.59502) erschienenden Studien zeigen sie, dass in den europäischen Ländern im Zeitraum 1960 bis 2020 Schäden von mehr als 116,61 Milliarden Euro durch nicht-heimische Arten entstanden sind, wie z.B. durch das Beifußblättrige Traubenkraut Ambrosia artemisiifolia, Wanderratten oder den Asiatischen Eschenprachtkäfer. In Deutschland sind es für denselben Zeitraum geschätzte 8,21 Milliarden Euro. Die Ausgaben verzehnfachten sich laut den Forschenden in jeder Dekade – zudem seien die realen Kosten wahrscheinlich um ein Vielfaches höher.

Quelle: Senckenberg

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Biomarker für den Eichenwickler trotzenden Eichen entdeckt

Eichenwicklerlarve in einem Eichenblatt. Foto: Hilke Schröder, Thünen-Institut

In den Blättern der Stieleiche haben Forschende Biomarker entdeckt, die dem Eichenwickler widerstehen. Damit lässt sich zum einen vorhersagen, wie anfällig bestimmte Waldgebiete für einen Befall des Eichenwicklers sind, zum anderen können bei Aufforstungen gezielt widerstandsfähige Jungpflanzen herangezogen werden. Das berichten die Forschenden des Thünen-Instituts für Forstgenetik in Großhansdorf und des Helmholtz-Zentrums München, Abteilung für Experimentelle Umweltsimulation im Fachmagzin New Phytologist.

Quelle: Thünen-Institut

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Pflanzen haben ein molekulares „Gedächtnis“

Arabidopsis-Keimlinge mit Priming bei moderaten Temperaturen und folgendem Hitzestress (44°C, links) im Vergleich zu Keimlingen mit Hitzestress ohne Priming (rechts). Aufnahme: Justyna Jadwiga Olas

Wie das Spross-Scheitel-Meristem auf Hitzestress reagiert, haben Forschende rund um Bernd Müller-Röber am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) und an der Universität Potsdam untersucht. Wie sie herausfanden, entwickelte es ein Stress-Gedächtnis. Aufgrund dieser Erinnerungsfähigkeit ist es in der Lage, besser auf einen weiteren nachfolgenden Stressor zu reagieren und tödliche Stress-Ereignisse sogar zu überleben. Demnach generiert das Spross-Scheitel-Meristem mit seinen Stammzellen ein eigenständiges, starkes Hitzestress-Gedächtnis auf Transkriptionsebene, unabhängig von anderen benachbarten Zellen. In einer umfassenden Gen-Expressionanalyse konnte die Forschenden verantwortliche Gene des Hitzestress-Gedächtnisses identifizieren. „Im Vergleich zu anderen Organen, wie den Blättern, konnten wir zeigen, dass im Meristem eine unabhängige, gewebespezifische Regulation vorliegt. Sowohl die Komponenten, als auch die Geschwindigkeiten der einzelnen Reaktionen unterscheiden sich stark von den Reaktionen in anderen Organen“, beschreibt Justyna Jadwiga Olas, Erstautorin der im Mai erschienenen Studie im Fachjournal Molecular Plant, die die Forschenden heute der Öffentlichkeit vorstellten.

Quelle: MPI-MP

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Hirse-Biodiversität verspricht nachhaltigere Landwirtschaft

Perlhirse-Sorten können unterirdische Modifikationen bewirken, um unter Stressbedingungen zu überleben und die Produktivität in der Trockenregion zu erhalten. Sie passen sich ihrer Umgebung also an – wahre Überlebenskünstler! Foto und (c): Arindam Ghatak und MOSYS Lab

Verschiedene Perlhirse-Sorten haben variable Strategien, um gegenüber Dürre resistenter zu agieren: Das Getreide verzögert dabei die so genannte Nitrifikation. Das schildert ein internationales Team von Wissenschafter*innen um den Molekularbiologen Wolfram Weckwerth von der Universität Wien im Fachjournal Biology and Fertility of Soils. Ein besseres Verständnis dieses Prozesses verspricht zukünftig eine Minderung der landwirtschaftlich erzeugten Stickstoff-Belastung.

Quelle: Uni Wien

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Große Artenvielfalt sorgt im Grünland für effiziente Phosphor-Nutzung

Artenreiches Grünland beherbergt auch im Boden viele Arten von Mikroorganismen, die im Zusammenspiel mit den Pflanzen die knappe Ressource Phosphor effizient nutzen. Dies fand die Geoökologin Professorin Yvonne Oelmann der Universität Tübingen gemeinsam mit einem internationalen Forschungsteam heraus. Für die Landwirtschaft könnten die Erkenntnisse ein Anreiz sein, die Artenvielfalt zu fördern. Denn Phosphor wird ins Grünland vielfach als kostenintensiver Dünger eingebracht, dessen Einsatz sich durch die Förderung der ober- und unterirdischen Artenvielfalt reduzieren ließe. Die Forschungsergebnisse hat Oelmann in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Grundlage dieser Untersuchung sind das „Jena Experiment“ und die Biodiversitätsexploratorien, in denen Forschende verschiedener Fachgebiete die Auswirkungen der Artenvielfalt (Jena Experiment) in Kombination mit der Landnutzung (Biodiversitätsexploratorien) in Grünlandökosystemen erforschen.

Quelle: Uni Tübingen

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In Extrem-Sommern trägt Forstwirtschaft zur Erwärmung der Wälder bei

Lichte Kiefernplantage in Brandenburg. Foto: Pierre Ibisch

Die forstliche Nutzung hat einen erheblichen Einfluss auf das Kühlungsvermögen von Wäldern und damit auch auf ihre Empfindlichkeit im Klimawandel. Das zeigen Forschende der Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde (HNEE), der Leuphana-Universität in Lüneburg und der Freien Universität Berlin in der Fachzeitschrift Ecological Solutions and Evidence. Die für die Studie verantwortliche Wissenschaftlerin Jeanette Blumröder der HNEE stellt fest: „Ein stärkerer Holzeinschlag und eine entsprechend größere Öffnung des Kronendachs treiben die Höchsttemperaturen im Wald in die Höhe. Damit wächst auch die Vulnerabilität, also die Empfindlichkeit und Verletzlichkeit, der Wälder im Klimawandel."

Quelle: HNEE

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GWAS: Mehr ist nicht immer besser

Rund 125 Millionen Basenpaare umfasst das Erbgut der Ackerschmalwand. Ein Team der Uni Würzburg hat sich jetzt drei Millionen davon genauer angesehen. Foto: Arthur Korte

Je mehr Exemplare man in einer genomweiten Assoziationsstudie (GWAS) vergleicht, desto stärker sollten solche Verbindungen zwischen Genotyp und Phänotyp auffallen. Dass dem nicht so ist, zeigen Forschende um Arthur Korte, Juniorprofessur für evolutionäre Genomik an der Universität Würzburg, in der Fachzeitschrift Molecular Biology and Evolution. Dazu hatten sie fast 900 Arabidopsis-Pflanzen von ganz verschiedenen Standorten in Europa, von Südspanien bis Mittelschweden analysiert.

Quelle: Uni Würzburg

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Mit KI künftigen Waldbränden auf der Spur

Wie zunehmende Waldbrände langfristig die Landschaft gravierend verändern, wird mittels KI untersucht. Foto und (c): Rupert Seidl, TUM

Mit steigenden Temperaturen nimmt das Risiko für verheerende Feuer in der Natur zu. Forschende der Technischen Universität München (TUM) nutzen Methoden der Künstlichen Intelligenz, um die langfristigen Auswirkungen von vermehrten Waldbränden auf Waldökosysteme abzuschätzen. In ihren Simulationen zeigen sie, wie sich der Yellowstone Nationalpark in den USA bis zum Ende des Jahrhunderts entwickeln könnte. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachmagazin Global Change Biology. Das Forschungsteam trainierte dazu ein tiefes neuronales Netzwerk (Deep Neural Network), das Verhalten eines komplexen Simulationsmodells möglichst gut zu imitieren. Das neuronale Netzwerk lernt dadurch, wie das Ökosystem auf verschiedene Umwelteinflüsse reagiert, kommt dabei aber mit einem Bruchteil der Rechenleistung aus, die für große Simulationsmodelle sonst aufgewendet werden müsste. „Wir können damit räumlich hoch aufgelöste Simulationen von Waldgebieten mit mehreren Millionen Hektar durchführen“, sagt Erstautor Dr. Werner Rammer.

Quelle: TUM

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Neue Hecken schützen das Klima

Untersuchung einer Hasel-Hecke bei Nienburg/Saale, Sachsen-Anhalt. Foto: Sophie Drexler, Thünen-Institut

Eine auf Ackerland neu angepflanzte Hecke von 720 m Länge kann langfristig die gesamten Treibhausgas-Emissionen kompensieren, die ein Durchschnittsdeutscher innerhalb von 10 Jahren emittiert. Das zeigen Berechnungen in einer Meta-Studie, die am Thünen-Institut für Agrarklimaschutz in Braunschweig durchgeführt wurden. Durch die Einlagerung von Kohlenstoff in der Biomasse der Hecke und als Humus im Boden können neue Hecken Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre aufnehmen und klimaunschädlich machen. Allerdings sind nur Neu-Anpflanzungen klimawirksam, denn mit ihrer zunehmenden Biomasse erhöhen sie die Kohlenstoff-Speicherung in der Landschaft. Das berichten die Forschenden im Fachjournal Regional Environmental Change.

Quelle: Thünen-Institut

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Transsexueller Seetang gibt Einblicke in die Mechanismen der Geschlechts-Differenzierung

Feminisierter männlicher Riesen-Tang (links) und männlicher Riesen-Tang (nicht feminisiert, rechts). Aufnahmen: MPI für Entwicklungsbiologie

Einen Stamm von Riesen-Tang, der genetisch männlich ist, aber phänotypisch als weiblich erscheint, haben Forschende am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen und ihre Kollaborationspartner*innen im Fachmagazin New Phytologist beschrieben. Der Tang-Stamm trägt das männliche V-Chromosom, erscheint aber überraschenderweise vornehmlich weiblich – obwohl ihm das U-Chromosom dafür fehlt. „Der genetisch männliche Riesen-Tang ist fast ununterscheidbar von einem weiblichen, und vor allem kann er sich sogar durch Parthenogenese fortpflanzen, was normalerweise den Weibchen vorbehalten ist“, sagt Susana Coelho, Hauptautorin der Studie. Coelho und ihr Team konnten die molekularen Mechanismen hinter diesem verblüffenden Phänomen identifizieren. Ihre Ergebnisse erlauben Rückschlüsse darauf, wie die sexuelle Entwicklung bei dieser Art auf molekularer Ebene eingeleitet wird.

Quelle: MPI für Entwicklungsbiologie

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Studie: Genom-Editierung bei Lebensmitteln – wie reagieren Bürger?

Ein Forschungsteam der Universität Göttingen und der University of British Columbia in Vancouver (Kanada) hat untersucht, wie Bürgerinnen und Bürger in fünf verschiedenen Ländern auf verschiedene Anwendungen der Genom-Editierung in der Landwirtschaft reagieren, welche Anwendungen akzeptiert werden und wie Risiken und Nutzen der neuen Züchtungstechnologien eingeschätzt werden. Die Ergebnisse zeigen nur geringe Unterschiede zwischen den untersuchten Ländern (Deutschland, Italien, Kanada, Österreich und USA). In allen Ländern werden Veränderungen des Genoms bei Nutzpflanzen eher akzeptiert als bei Nutztieren. Die Studie ist in der Fachzeitschrift Agriculture and Human Values erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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Fernbedienung für Stomata

Fernsteuerung für die stomatäre Bewegung. Grafik: Lehrstuhl für Botanik I, JMU

Der Pflanzenforschung steht ein neues Werkzeug zur Verfügung: Im Journal Science Advances zeigt ein Forschungsteam, wie man die Stomata der Blätter durch Licht-Pulse schließen kann. Dazu hatten die Forschenden der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) einen lichtempfindlichen Schalter in die Schließzellen von Tabakpflanzen eingebaut, eine Technologie, die aus der Optogenetik stammt. Sie ist für tierische Zellen seit Jahren etabliert, für Pflanzenzellen steckt sie noch in den Kinderschuhen.

Quelle: JMU

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Pflanzenreste auf dem Feld verrotten zu lassen ist gut für das Klima

Im Boden verrottende Pflanzen sind nicht nur als Kompost wertvoll. Tatsächlich spielen Pflanzenreste eine entscheidende Rolle, wenn es darum geht, den Kohlenstoff im Boden zu halten, was für die Reduzierung der CO2-Emissionen des Planeten wichtig ist. Zu diesem Ergebnis kommt eine im Fachmagazin Nature Communications erschienene Studie von Forschenden der Technischen Universität München (TUM) und anderen Institutionen. "Kleine Teile von abgestorbenen Pflanzen werden oft nur als Fast Food für Bakterien und Pilze im Boden gesehen. Wir haben gezeigt, dass Pflanzenreste tatsächlich eine größere Rolle bei der Bildung und Speicherung von Kohlenstoff im Boden spielen als bisher angenommen", sagt Kristina Witzgall, Wissenschaftlerin am Lehrstuhl für Bodenkunde an der TUM

Quelle: TUM

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Starkregen und Hitze – Details zum Klimawandel auf Landkreis-Ebene

Die globale Erderwärmung schreitet voran. Längst ist die 1-Grad-Marke überschritten. Die Folgen sind auch in Deutschland spürbar: Die Zahl der Hitzetage etwa nimmt zu, Extremwetterereignisse werden häufiger. Doch wie sieht es konkret bis zum Ende des Jahrhunderts aus? Forschende des Climate Service Center Germany (GERICS), einer Einrichtung des Helmholtz-Zentrums Hereon, haben hierzu „Klimaausblicke“ für Regionen und Landkreise entwickelt. Damit stellen sie mögliche Klimaänderungen für die kommenden Jahrzehnte anhand von 17 Kennwerten bereit.

Quelle: hereon

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Was Mangroven zu effizienten Kohlenstoffspeichern macht

In den Mangroven der Sundarbans. Foto: Annika Stalling, ZMT

Die Fähigkeit von Mangroven, große Mengen an CO2 und anderen Klimagasen als organisches Material einzulagern, hat ein zunehmendes Interesse an diesem Ökosystem geweckt. Doch wie müssen Mangrovenwälder beschaffen sein, um als Kohlenstoffspeicher besonders leistungsfähig zu sein? Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) ging in einer Studie dieser Frage in den Sundarbans von Bangladesch nach. Die am 23. Juni in Nature Communications erschienene Studie, basiert auf einer Waldinventur: In 150 Waldparzellen wurde die Artenzusammensetzung der Mangrovenbestände erfasst. Wie das Forschungsteam herausfand, kann die Menge an gespeichertem Kohlenstoff zum einen durch die Artenvielfalt erklärt werden. Der wichtigste Faktor war jedoch eindeutig die Unterschiedlichkeit der Arten, die innerhalb einer Waldparzelle gemeinsam vorkommen: je unähnlicher die Baumarten, desto mehr Kohlenstoff wurde gespeichert. Die Vielfalt der Arteigenschaften spielte hingegen kaum eine Rolle.

Quelle: ZMT

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Säure-Sensor in Arabidopsis entdeckt

Pflanzen nehmen Schaden, wenn sie für längere Zeit überflutet werden. Bild: Dorothea Graus, JMU Würzburg

Werden Pflanzen überschwemmt, fehlt ihnen Sauerstoff und ihre Zellen übersäuern. Wie die Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) diese Übersäuerung wahrnimmt, beschreibt ein Forschungsteam aus Jena, Würzburg und Talca (Chile) in der Fachzeitschrift Current Biology. Der neu entdeckte Sensor - der Anionenkanal SLAH3 - steckt in der Zellmembran, nimmt die Übersäuerung wahr und übersetzt dies in ein elektrisches Signal. Die Federführung bei der Studie hatten die Biophysiker Dr. Tobias Maierhofer und Professor Rainer Hedrich vom Lehrstuhl für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg. Mit einem Mikroskopieverfahren klärten sie die Funktion auf: Im nichtaktiven Zustand liegt der Kanal als Komplex aus zwei Untereinheiten in der Zellmembran vor. Bei Sauerstoffmangel steigt der Säure- und damit auch der Protonengehalt in der Zelle, und Protonen binden an zwei spezifische Aminosäuren des Kanals.

Quelle: JMU Würzburg

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Wildbienen brauchen vielfältige Agrarlandschaften

Solitär lebende Wildbiene an einer Rapsblüte. Foto: Nicole Beyer

Massentrachten wie Raps oder Ackerbohnen bieten wertvolle Nahrungsquellen für Bienen, die bei ihren Blütenbesuchen zur Bestäubung von Kultur- und Wildpflanzen beitragen. Doch nicht jede blühende Ackerkultur wird von denselben Bienen besucht. Ein Team der Universität Göttingen und des Julius Kühn-Instituts (JKI) in Braunschweig hat untersucht, wie sich die Lebensraumvielfalt der Agrarlandschaft und der Anbau verschiedener Massentrachten, das heißt blühender Kulturpflanzen, auf Wildbienen auswirken. Demnach erhöhen vielfältige Agrarlandschaften den Artenreichtum von Wildbienen. Blühende Ackerkulturen mit unterschiedlichen Blütenformen fördern unterschiedliche Wildbienenarten. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift Landscape Ecology erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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Wie drei Proteine die Photosynthese regeln

Pflanzenphysiologe Prof. Dario Leister im Gewächshaus in Martinsried. Foto und (c): LMU

Ein Teilschritt der Photosynthese funktioniert nur dann korrekt, wenn ein „Kontrolleur“ und ein „Motivator“ die Aktivität des zentralen Proteins steuern. Wie das Team um Prof. Dr. Dario Leister der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) im Fachjournal Nature Communications schildert, kontrollieren sich drei Proteine bei einem Teilprozess der Photosynthese wechselseitig, nämlich PGRL1, PGRL2 und PGR5. Die Biologinnen und Biologen identifizierten nun PGRL2 als drittes beteiligtes Protein. Leister zeichnet ein anschauliches Gesamtbild: „PGRL1 ist der Motivator von PGR5, und PGRL2 der Kontrolleur. Ohne Motivator ist PGR5 inaktiv, ohne Kontrolleur arbeitet es sich ganz gut, aber ohne Motivator und Kontrolleur zeigt PGR5 eine zu hohe bis zerstörerische Aktivität.“

Quelle: LMU

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Mehr Ertrag in Acker-Mischkulturen

Für die Mischkultur werden mehrere Pflanzenarten nebeneinander angesät. Die Durchmischung führt zu einer besseren Funktion des gesamten Ökosystems. Foto: C. Schöb, ETH Zürich

Was für das Wiesland gilt, gilt offenbar auch für das Ackerland: Mischkulturen sind ertragreicher als Monokulturen. Das zeigt ein Team um Professor Christian Schöb von der Eidgenössischen Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich). In ihrem Experiment testeten die Forschenden von acht ausgewählten Arten jeweils Mischungen aus zwei respektive vier verschiedenen Nutzpflanzen, wie Weizen, Hafer, Quinoa, Linsen, Lupine, Lein und Leindotter (eine Ölsaat ähnlich wie Raps) sowie Koriander. Das Resultat war deutlich: Schon ab Mischungen von zwei Arten stieg der Ertrag gegenüber dem Anbau in Monokultur um 3 Prozent in Spanien und um 21 Prozent in der Schweiz. Säten die Forschenden vier Arten nebeneinander an, betrug der Mehrertrag sogar 13 beziehungsweise 44 Prozent in Spanien und der Schweiz. Ihre Studie ist soeben in der Fachzeitschrift Nature Plants erschienen.

Quelle: ETH Zürich

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Bildgebende Darstellung eines Schlüsselenzyms im Pflanzenstoffwechsel erstmalig gelungen

Atomares Modell und funktionelle Module des Komplex I der Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Grafik und (c): LUH

Jüngste Weiterentwicklungen der Elektronen-Kryomikroskopie machen es möglich, eine Schwelle in der pflanzengenetischen Grundlagenforschung zu überschreiten: Die Arbeitsgruppe von Dr. Jennifer Senkler und Prof. Hans-Peter Braun vom Institut für Pflanzengenetik der Leibniz Universität Hannover (LUH) konnte erstmalig die atomare Struktur der mitochondrialen NADH-Dehydrogenase, eines Schlüsselenzyms der Zellatmung, in der Pflanze Arabidopsis thaliana und der Grünalge Polytomella sp.darstellen. Dieses bildgebende Verfahren ist erst seit kurzer Zeit technisch möglich. Durch die neuen Einblicke können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nun Erkenntnisse über die genaue Funktionsweise der pflanzlichen Zellatmung gewinnen, die bislang in dieser Detailschärfe nicht möglich waren. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal The Plant Cell.

Quelle: LUH

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Plastizität unterstützt Evolution ökologisch spezialisierter Arten

Die als Plastizität bezeichnete Fähigkeit bestimmter Pflanzen, sich durch Veränderung ihrer Physiologie an zukünftige Umweltherausforderungen anzupassen, unterstützt die zukünftige Evolution in einer Weise, die immer von den spezifischen Herausforderungen abhängt, denen sich die Arten bei der Entwicklung ihrer spezialisierten Ökologie stellen müssen. Das hat ein internationales Team herausgefunden beim Vergleich von Arabidopsis thaliana mit zwei ihrer nahen Verwandten, A. lyrata und A. halleri, vor und während der Exposition durch schweren Trockenstress herausgefunden. Nach dem im Labor von Professorin Dr. Juliette de Meaux an der Universität zu Köln entwickelten Versuchsansatz, charakterisierten das Team die Plastizität und Evolution der Expression von zehntausenden von Genen. Die Autorinnen und Autoren konnten die Anzahl der Mutationen ermitteln, die sich in den Abstammungslinien von A. lyrata und A. halleri entwickelten, um die Plastizität der Genexpression zu erhöhen oder zu verringern. Ihre Ergebnisse zeigen, dass sich diese Rate zwischen den Arten ändert. In der trockenheitstoleranten Art A. lyrata entdecken sie viel mehr Mutationen, die die Evolution einer stärkeren plastischen Reaktion fördern, als in ihrer Schwesterart A. halleri, die mehr Schwierigkeiten hat, den Stress zu überleben. „Diese Arbeit dokumentiert die dynamische Evolution von Plastizität in komplexen Organismen, die mit Umweltveränderungen konfrontiert sind“, erklärt Professorin de Meaux. “Sie zeigt aber auch, dass ihre Rolle als Unterstützung für zukünftige Anpassungen nicht vordefiniert ist, sondern immer von den spezifischen Herausforderungen abhängt, denen sich die Arten bei der Entwicklung ihrer spezialisierten Ökologie stellen müssen." Die Studie erschien im Fachjournal Nature Communications.

Quelle: Uni Köln

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Wildbienen brauchen Totholz im Wald

Lichte Waldflächen fördern den Wuchs der Heidelbeere, von deren Nektar sich Wildbienen gerne ernähren. Foto: Tristan Eckerter

Ein Forschungsteam untersuchte, ob Strukturen wie stehendes Holz in Wäldern helfen, die Vielfalt von Wildbienen zu fördern. Darüber hinaus analysierten die Forschenden, welche weiteren natürlichen Gegebenheiten des fichtendominierten Waldes Wildbienen beim Überleben unterstützen. Dabei zeigte sich, dass die Schaffung von Totholz in Nadelwäldern eine vielversprechende Wiederherstellungsmaßnahme darstellt, um das Vorkommen von oberirdisch nistenden Bienen zu fördern. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Tristan Eckerter von der Professur für Naturschutz und Landschaftsökologie der Universität Freiburg in der Zeitschrift Forest Ecology and Management veröffentlicht.

Quelle: Uni Freiburg

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Wie Pflanzen ihre lichtsammelnden Membranen gegen Umweltstress stärken

Mit Hilfe von Kryo-Elektronenmikroskopie hat ein internationales Forschungsteam die Struktur eines Proteins aufgeklärt, das photosynthetische Membranen aufbaut und aufrechterhält. Sie enthüllten, wie das Protein VIPP1 (vesicle-inducing protein in plastids) zur Bildung der Thylakoidmembranen beiträgt und erstellten dazu eine erste hochaufgelöste Struktur von VIPP1. Die Kombination dieser Strukturanalyse mit weiteren funktionellen Untersuchungen zeigte, wie sich VIPP1 zu einer verwobenen Membranhülle zusammensetzt, welche die Thylakoidmembranen formt. „Unsere Studie zeigt, dass VIPP1 eine zentrale Rolle sowohl bei der Entstehung der Thylakoide als auch bei ihrer Anpassung an Umweltveränderungen spielt“, erklärt Erstautor Tilak Kumar Gupta vom Max-Planck-Institut für Biochemie. Diese Erkenntnisse legen den Grundstein für biotechnologische Anstrengungen, um Pflanzen gegen Umweltstress zu stärken und so die menschliche Nahrungsversorgung zu sichern und den Klimawandel zu bekämpfen. Ihre Ergebnisse veröffentlichte das Team unter Leitung des Helmholtz Zentrums München im Fachjournal Cell.

Quelle: Helmholtz München

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Zugvögel helfen nur bestimmten Pflanzenarten in den Norden abzuwandern

Auch Stechpalmen (Ilex aquifolium) tragen Früchte, wenn Singdrosseln (Turdus philomelos) in Europa nordwärts fliegen und werden daher potenziell von ihnen in diese Richtung ausgebreitet. Foto: David Chapman

Mit Hilfe von Zugvögeln in den Norden umziehen, wenn es im Süden durch den Klimawandel zu warm wird – eigentlich eine tolle Idee für wenig mobile Pflanzen. Eine neue Studie im Fachjournal Nature zeigt nun, dass das entgegen bisheriger Annahmen aber lediglich bei wenigen Pflanzenarten funktionieren dürfte. Demnach reisen nur die Samen der Pflanzenarten als blinder Passagier bei Zugvögeln nordwärts mit, deren Fruchtperiode sich mit dem Frühjahrszug überschneidet. Zudem liegt die Last der potenziellen Ausbreitung der Pflanzen in kühlere Gefilde auf den Federn einiger weniger paläoarktischer Vogelarten.

Quelle: Senckenberg

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Dipeptide als Retter in der Stressbewältigung

Salz- und Catechin-Behandlungen bei Tabakkeimlingen Die Keimlinge wurden nach 7 Tagen Stressbehandlung fotografiert. Bei den Keimlingen mit Stressbehandlung zeigte sich, dass die Tyr-Asp Varianten sich unter diesen Stressbedingungen besser entwickelten als die Kontrollen. Foto: Juan C. Moreno

Ein neuartiges regulatorisches Molekül haben Froschende identifiziert und zeigen im Fachjournal wie es die Toleranz von Pflanzen gegenüber Umweltstress verbessert. Das Team um Dr. Aleksandra Skirycz - bis vor kurzem Gruppenleiterin am Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie, nun Professorin am Boyce Thompson Institute (BTI) in den USA -fand heraus, dass Pflanzen die NADPH-Produktion als Reaktion auf verschiedene Stresssituationen anregen, wie sie im EMBO Journal belegen. Dieser Mechanismus beinhaltet eine niedermolekulare Verbindung, ein Dipeptid Tyr-Asp. Tyr-Asp wirkt, indem es den pflanzlichen Kohlenstoff-Stoffwechsel so moduliert, dass Glukose, ein universeller Baustein, in Richtung der Produktion von NADPH verschoben wird. Konkret greift Tyr-Asp in den Glukosestoffwechsel ein, indem es ein glykolytisches Schlüsselenzym, die Glyceraldehyd-3-Phosphat-Dehydrogenase (GAPC), hemmt und so die Glukose auf den Pentosephosphatweg (PPP) und die NADPH-Synthese umleitet. In Übereinstimmung mit den molekularen Daten verbesserte Tyr-Asp die Pflanzenresistenz gegenüber oxidativem und Salzstress.

Quelle: MPI für molekulare Pflanzenphysiologie

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Der Duft macht’s: Pflanzliche Inzucht mindert Attraktivität für Bestäuber

Blüte einer weiblichen Weißen Lichtnelke. Foto und (c): Roman Adler, CAU

Am Beispiel der Weißen Lichtnelke (Silene latifolia) und dem sie bestäubenden Insekt (der Lichtnelkeneule, Hadena bicruris), belegen Forschende der Abteilung Geobotanik am Institut für Ökosystemforschung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), welche Effekte der Lebensraum-Zerstörung den Fortbestand von Pflanzenpopulationen bedrohen kann. Darüber berichten sie im Fachjournal eLife.

Quelle: CAU

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Universeller Regulationsmechanismus in Pflanzen entdeckt

Um das katalytische Zentrum befindet sich eine Molekülgruppe, die Gating-Domäne, welche zwei unterschiedliche Positionen einnehmen kann. Grafik: M. Künsting, HZB

Die 3D-Struktur eines katalytischen Metallo-Proteins, das in allen Pflanzenzellen eine wichtige Rolle spielt, haben Forschende nun bestimmt. Es handelt sich dabei um die DYW-Desaminase-Domäne des RNA-Editosoms. In dieser DYW-Domäne sitzt ein Zink-Ion, dessen Aktivität mit einem sehr ungewöhnlichen Mechanismus kontrolliert wird. Das deutsch-japanische Team am BESSY II vom Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) für Materialien und Energie konnte nun diesen Mechanismus erstmals im Detail aufklären. Die Studie in Nature Catalysis gilt als Durchbruch auf dem Gebiet der molekularen Pflanzenbiologie und hat weitreichende biotechnologische Implikationen.

Quelle: HZB

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Warum Bäume nachts wachsen

Punktdendrometer an einem Stamm zur Messung von kontinuierlichen Stammradiusänderungen mit Mikrometerauflösung. Die Daten liefern Informationen zum Wachstum und zum Wasserhaushalt von Bäumen. Foto: Roman Zweifel, WSL

Wie eine Studie zeigt, wachsen Bäume vor allem im Dunkeln, weil das Wachstum bei Sonnenlicht durch die trockenere Luft gehemmt wird, selbst bei feuchten Bodenverhältnissen. Daher wachsen Bäume nur für eine geringe Anzahl von Stunden pro Tag und dies auch nur an vergleichsweise wenigen Tagen pro Jahr. Die Studie unter Leitung der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) widerlegt damit den weit verbreiteten Irrtum, dass Bäume mehrheitlich tagsüber wachsen. Das berichten die Forschenden im Fachmagazin New Phytologist.  Diese Erkenntnis könnte die Art und Weise verändern, wie wir die Auswirkungen des Klimawandels auf Wälder betrachten, insbesondere für die Vorhersage der Kohlenstoffspeicherung von Bäumen.

Quelle: WSL

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Frei verfügbar: einmalige Datenbank zur Vegetation der Erde

Die globale Vegetationsdatenbank "sPlotOpen" ist ab sofort frei zugänglich. Darin versammelt sind Vegetationsaufnahmen von Pflanzen aus 114 Ländern, von allen Klimazonen der Erde. Erarbeitet wurde die Datenbank von einem internationalen Forschungsteam unter Leitung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und des französischen Centre national de la recherche scientifique (CNRS). Erstmals steht so Forschenden weltweit ein ausbalancierter, repräsentativer Datensatz zur Vegetation der Erde zur Verfügung, wie das Team in der Fachzeitschrift Global Ecology & Biogeography berichtet.

Quelle: Uni Halle

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Gene für Dürreresistenz in Buchen identifiziert

In Buchenwäldern haben die Hitzesommer Spuren hinterlassen: Fast die Hälfte der Bäume sind vielerorts in Hessen geschädigt. Foto: M. Pfenninger, V. Heymann, LOEWE-TBG

Welche Bäume überstehen trockene Hitzesommer und welche tragen starke Schäden davon? Für Buchen kann man diese Frage nun per Genomanalyse beantworten. Ein Team um Prof. Dr. Markus Pfenninger vom LOEWE-Zentrum für Translationale Biodiversitätsgenomik und dem Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum hat geschädigte und gesunde Buchen in Hessen untersucht und Bereiche in deren Erbgut identifiziert, die für Dürreresistenz zuständig sind. Anhand dieser DNA-Abschnitte lässt sich für jeden einzelnen Baum sagen, wie gut er längere Trockenperioden übersteht. Dank gezielter DNA-Tests könnten daher widerstandsfähige Exemplare für die Forstwirtschaft ausgewählt und Buchenwälder für den Klimawandel fit gemacht werden. Die Studie hat das Fachmagazin eLife veröffentlicht.

Quelle: Senckenberg

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Asteroideneinschlag verursachte kurzzeitige Algenblüte und Artensterben im Meer

Der Asteroid, der wahrscheinlich das Aussterben der Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren verursachte, löste eine starke globale Abkühlung und eine ausgeprägte Algenblüte aus, die auch in marinen Ökosystemen ein Massenaussterben verursachte. Die Forscherinnen und Forscher des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) simulierten die Produktivität des Ozeans vor und nach dem Asteroideneinschlag (Chicxulub impact). Die Simulationen zeigen eine kurzzeitige globale Algenblüte, die eine siebenmal höhere Produktivität erreichte als vor dem Einschlag. Da die Algen wahrscheinlich Giftstoffe produzierten, könnte ihre Zunahme zum Aussterben von Arten im Ozean beigetragen haben, wie die Forschenden im Fachmagazin Geophysical Research Letters schreiben.

Quelle: PIK

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Kleingewässer in Agrarlandschaften stark mit Pestiziden belastet

Zwei Jahre lang haben die Forschenden die Pestizidbelastung an mehr als 100 Messstellen untersucht. Foto: André Künzelmann, UFZ

Pestizide sichern die Erträge in der Landwirtschaft, indem sie schädliche Insekten, Pilze und Unkräuter bekämpfen. Sie gelangen aber auch in Bäche und schädigen die aquatischen Lebensgemeinschaften, die für den Erhalt der Artenvielfalt entscheidend sind, Teil des Nahrungsnetzes sind und die Selbstreinigung des Wassers unterstützen. In einem bundesweiten Monitoringprogramm haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaflter unter Leitung des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) gezeigt, dass die Grenzwerte für Pestizide zu hoch angesetzt sind und selbst diese in über 80 Prozent der Gewässer überschritten werden. Das berichten sie im Fachjournal Water Research. Wie sie schreiben, kann der Verlust der Artenvielfalt nur gestoppt werden, wenn die Umweltrisikobewertung der Pestizide reformiert wird.

Quelle: UFZ

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Symbiose aus Grünalgen, Wimpertierchen und Purpurbakterien

Ein Forschungsteam hat eine sehr seltene und rätselhafte Dreier-Endosymbiose entdeckt, die aus einem Wimpertierchen, einer Grünalge und einem zuvor unbekannten Purpurbakterium besteht. Wie die Forschenden durch Genomanalysen des pink-grünen Wimpertierchens herausgefunden haben, gehört das beteiligte Bakterium den sogenannten Schwefel-Purpurbakterien (Familie Chromatiaceae) an, hat jedoch die sonst typische Oxidation von Schwefelverbindungen aufgegeben. Das Genom des Purpurbakteriums ist stark reduziert und legt nahe, dass das Bakterium nun hauptsächlich im Dienste der Kohlenstoff-Fixierung steht und allein nicht mehr lebensfähig ist. Damit stellt die neue Bakterienart „Candidatus Thiodictyon intracellulare“ eine bemerkenswerte Ausnahme unter den bisher bekannten Schwefelpurpurbakterien dar. Der Artikel der Forschenden um Dr. Sebastian Hess vom Institut für Zoologie der Universität zu Köln im Wissenschaftsjournal Science Advances präsentiert diese neue Entdeckung und erklärt, wie das sauerstoffempfindliche Purpurbakterium mit Grünalge und Wimpertierchen zusammenlebt.

Quelle: Uni Köln

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Genauigkeit bei Vorhersage von Weizen-Erträgen verdoppelt

Durch die Erhöhung der Populationsgrößen konnte ein internationales Wissenschaftsteam unter Führung des IPK die Vorhersagegenauigkeit für den Ertrag bei Weizen verdoppeln. Foto: Christoph Martin, IPK

Künftig wird es wichtiger sein, die Erträge einzelner Sorten in einem bestimmten Umfeld möglichst genau vorhersagen zu können. Ein internationales Forschungsteam unter Führung des Leibniz-Institutes für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung hat dazu umfangreiche Datensätze zusammengetragen, aufgearbeitet und analysiert. Letztlich konnte mit Big Data die Vorhersage-Genauigkeit für den Ertrag verdoppelt werden, wie die Forschenden in der Fachzeitschrift Science Advances berichten.

Quelle: IPK (pdf)

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Klimawandel und Eiszeiten bescheren der Nachtkerze neue Arten

Lichtabhängige Änderung der Blattfarbe von inkompatiblen Nachtkerzen. Bei schwachem Licht (links) erscheint die Hybride normal. Bei stärkerem Licht (rechts) erleidet sie einen Lichtschaden, der auf eine gestörte Photosynthese zurückzuführen ist. Quelle: Zupok et al., 2021

Wie entstehen eigentlich unterschiedliche Arten? Bisher weiß man, dass es häufig zu einer Unvereinbarkeit zwischen dem Erbgut im Zellkern und dem Erbgut der Zellorganellen kommt. Diese Inkompatibilität verhindert eine Vermischung von Arten, über die genauen Mechanismen dahinter ist bisher allerdings wenig bekannt. Die Forschenden rundum Stephan Greiner am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie gehen der Frage nach, was selbst nahverwandte Arten davon abhält sich zu kreuzen, selbst wenn sie in nächster Nähe zueinander wachsen. Sie untersuchen hierfür die Modellpflanze Nachtkerze und konnten in ihrer im Fachjournal Plant Cell erschienen Publikation zeigen, dass die Photosynthese selbst eine große Rolle bei der Artbildung spielt.

Quelle: MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie

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Fortpflanzungsstrategie: Todesduft lockt Sargfliegen in Pfeifenwinden-Blüte

Aristolochia microstoma. Foto: Thomas Rupp et al., TU Dresden

Ein internationales Pflanzenforschungsteam unter Beteiligung des Instituts für Botanik der Technischen Universität Dresden hat eine ungewöhnliche und bisher unbekannte Fortpflanzungsstrategie bei Pflanzen entdeckt: die in Griechenland vorkommende Pfeifenwindenart Aristolochia microstoma produziert eine einzigartige Mischung von flüchtigen Stoffen, die dem Geruch von toten und verwesenden Insekten ähnelt, um dadurch die bestäubende Fliegengattung Megaselia (auch ‚coffin flies‘, deutsch ‚Sargfliegen‘) zu ihren Fallenblüten zu locken. Die Studie wurde am 21. Mai Open Access im Fachjournal Frontiers in Ecology and Evolution veröffentlicht und heute der Öffentlichkeit beim Informationsdienst Wissenschaft (idw) vorgestellt.

Quelle: TU Dresden beim idw

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Neu entwickelte Zuckerhirse-Sorte akkumuliert besonders viel Zucker

Die von Forschenden des KIT entwickelte Hirsesorte KIT1 akkumuliert sehr viel Zucker und gedeiht besonders gut unter gemäßigten Klimabedingungen. Fotos: Botanisches Institut, KIT

Eine am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entwickelte neue Zuckerhirsesorte akkumuliert besonders viel Zucker und gedeiht unter heimischen Bedingungen. Wie die Forschenden in der Zeitschrift Industrial Crops & Products berichten, hängen der Zuckertransport und die Zuckerakkumulation mit dem Bau der Leitungsbahnen der Pflanzen zusammen. Dies ergab ein Vergleich zwischen Zucker- und Körnerhirse. Zuckerhirse lässt sich zur Herstellung von Biogas, Biokraftstoffen und neuen Polymeren nutzen. Zudem kann sie dazu beitragen, Phosphatdünger zu ersetzen.

Quelle: KIT

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Ursprung der Feenkreise: Euphorbia-Hypothese widerlegt

Ein vitaler Euphorbia-damarana-Busch, der am Rande eines viel größeren Feenkreises in der Region Brandberg wächst. Die Größenverteilung der abgestorbenen Sträucher stimmte nicht mit den Größen der Feenkreise in der Studie überein. Foto: Dr. Stephan Getzin

Die Feenkreise in der Namib-Wüste sind eines der Rätsel der Natur. Millionen dieser kreisrunden, vegetationslosen Flecken erstrecken sich über weite Gebiete an den Rändern der Namib. 1979 veröffentlichte G.K. Theron die ersten Forschungen über ihre Entstehung. Seine Hypothese war, dass giftige Substanzen aus den Blättern der Euphorbia damarana die Feenkreise verursachen. Im Rahmen einer neuen Studie fanden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Göttingen und des Gobabeb Namib Research Institute die ursprünglichen Euphorbia-Pflanzen, die Teil von Therons Studie waren. Vier Jahrzehnte später sind die Forschenden nun in der Lage, Therons ursprüngliche Hypothese schlüssig zu widerlegen. Ihre Ergebnisse wurden am 28. Mai in der Zeitschrift BMC Ecology and Evolution veröffentlicht und heute der Öffentlichkeit präsentiert.

Quelle: Uni Göttingen

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Art der Waldnutzung beeinflusst Lebensrhythmus der Wildpflanzen

16 Arten frühblühender Wildpflanzen im Unterholz des Waldes wurden in die Studie einbezogen. Am unteren Rand der Bilder ist jeweils vermerkt, auf wie vielen der 100 untersuchten Flächen die Art vorkam. Fotos: Franziska Willems

Durch die Klimaerwärmung verschieben sich bei vielen Pflanzen die jahreszeitlichen Rhythmen, zum Beispiel die Blütezeit. Eine Studie der Universität Tübingen fand nun heraus, dass auch die Art und Weise der Landnutzung am Standort der Pflanzen den Takt ihrer Lebensabläufe erheblich beeinflussen kann. Ein Forschungsteam aus der Arbeitsgruppe Evolutionäre Ökologie der Pflanzen um Franziska Willems und Prof. Dr. Oliver Bossdorf hat in einer Vergleichsstudie hundert Waldflächen unterschiedlicher Nutzung untersucht. Es stellte fest, dass in intensiv forstwirtschaftlich genutzten Wäldern die Frühjahrsblüher im Unterholz, wie Buschwindröschen, Bärlauch oder Waldveilchen, durchschnittlich zwei Wochen später zur Blüte kommen als auf naturnahen Waldflächen. Die Studie veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift Ecological Applications.

Quelle: Uni Tübingen

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Gift aus Ahorn in Kuhmilch nachgewiesen

Kühe können das Gift Hypoglycin A aus dem Ahornbaum über ihre Milch weitergeben. Das zeigt eine Studie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB). Die Substanz kann beim Menschen und bei Tieren schwere Vergiftungserscheinungen auslösen. Die Forschenden haben das Gift nun in geringen Mengen in der Rohmilch von Kühen nachgewiesen, die auf einer Weide mit Bergahorn grasten. Im Fachjournal Toxins beschreibt das Team seine Funde und fordert weitere Untersuchungen, um eine potenzielle Gefahr realistisch einschätzen zu können.

Quelle: MLU

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Pflanzenkonkurrenz im Klimawandel

Wie Pflanzen mit Stressfaktoren umgehen, ist bereits breit erforscht. Was aber geschieht, wenn eine Pflanze mit zwei zeitgleich auftretenden Faktoren konfrontiert wird? Das hat ein Forschungsteam um Simon Haberstroh und Prof. Dr. Christiane Werner von der Professur für Ökosystemphysiologie der Fakultät für Umwelt und Natürliche Ressourcen der Universität Freiburg untersucht. Im Park Tapada Real in der portugiesischen Kleinstadt Vila Viçosakonfrontierten sie die Korkeiche (Quercus suber) mit zwei Stressfaktoren: zum einen mit extremer Dürre, zum anderen mit der invasiven Pflanzenart Lack-Zistrose (Cistus ladanifer). „Die Faktoren agierten dynamischer als wir das erwartet hätten“, sagt Haberstroh, der die Untersuchungen für seine Doktorarbeit geleistet hat. In einem feuchten Jahr ergab die Doppelbelastung für die Korkeiche keine signifikanten Änderungen, unter Trockenheit stärkten oder schwächten sich die Faktoren jedoch gegenseitig. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal New Phytologist.

Quelle: Uni Freiburg

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Mit fossilen Pflanzenmolekülen der grünen Sahara auf der Spur

Die Pro­ben stam­men aus ei­nem Kern, den For­schen­de im ma­rok­ka­ni­schen Tis­lit-See im Hohen Atlas ge­won­nen ha­ben. Foto: Rachid Cheddadi, Universität Montpellier

Forschende haben ein neues Konzept entwickelt, anhand dessen die sogenannte grüne Sahara erklärt werden kann. Hierfür untersuchten sie fossile Pollen und Pflanzenwachse in einem Sedimentarchiv. Die Befunde überprüften sie mit einem Vegetationsmodell. Dadurch konnten sie nachweisen, dass eine dauerhafte Vegetationsbedeckung in der Sahara nur möglich war, weil sich zwei Regenzeiten überschnitten hatten. Ihre Ergebnisse haben Dr. Enno Schefuß vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen, Dr. Rachid Cheddadi von der Universität Montpellier und ihre Kolleginnen und Kollegen jetzt in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht.

Quelle: Marum

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News · Forschungsergebnis

Photorespiration für verbesserten Pflanzen-Stoffwechsel nutzen

Das Team von Gain4Crops hat die Photorespiration und den C4-Stoffwechsel miteinander verbunden. Grafik: Gain4Crops

Auf dem Weg zu einer nachhaltigeren Landwirtschaft birgt die Verringerung der Photorespiration, einem sehr energieaufwändigen Prozess, enormes Potenzial zur Verbesserung von Nutzpflanzen. Forschende um Prof. Dr. Andreas Weber vom Institut für Biochemie der Pflanzen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und Prof. Dr. Tobias Erb vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie haben nun eine Lösung gefunden, um die Photorespiration und den C4-Stoffwechsel, zwei der wichtigsten Ansatzpunkte zur Verbesserung der Ernteerträge, miteinander zu verbinden. Im Rahmen des von der EU geförderten Projekts Gain4Crops (www.gain4crops.eu) setzten sie eine neuartige Umgehungsroute für die Photorespiration ein, den mikrobiellen Beta-Hydroxy-Aspartat (BHAC)-Weg. Dieser erste Konzeptbeweis öffnet den Weg zu mehr Produktivität und weniger Ressourcenverbrauch im Pflanzenbau, wie sie Dienstag in der Fachzeitschrift PNAS berichten und heute der Öffentlichkeit vorstellen.

Quelle: HHU

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News · Anwendung · Forschungsergebnis

Feine Strukturen der Johannisbrotbaum-Blätter nachgefromt

Elektronenmikroskopische Aufnahme der Struktur der Blattoberfläche des Johannesbrotbaums. Aufnahme: João Rocha, Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, Portugal

Die Pflanzen- und Tierwelt hat über Jahrmilliarden mikroskopisch kleine Oberflächenstrukturen geschaffen. Diese dienen auch für technologische Anwendungen als Vorbilder, weil sie zum Beispiel eine besonders gute Haftung ermöglichen oder das Licht auf eine spezielle Weise reflektieren. Solche Strukturen nachzuformen, ist allerdings oft sehr schwierig. Chemikerinnen und Chemikern der Universität des Saarlandes ist dieses Kunststück nun mit Blättern des Johannisbrotbaums gelungen. Dabei spielten speziell entwickelte Werkstoffe eine zentrale Rolle, wie sie im Fachjournal Langmuir der American Chemical Society
berichten.

Quelle. Uni Saarland

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News · Forschungsergebnis

Eine Symbiose mit Pilzen ermöglichte pflanzliches Leben auf der Erde

Vaskuläre und nicht-vaskuläre Pflanzen formen Symbiosen mit Pilzen. Kreise links: Pilz (blau) in einer abgeschnittenen Luzerne-Wurzel (oben) oder einem Thallus von M. paleacea (unten). Kreise rechts: Stumpfblättrige Luzerne (oben), M. paleacea (unten). Bild: Aurélie Le Ru, Mélanie Rich, Pierre-Marc Delaux, CNRS

An Land wachsende Pflanzen besitzen Gene, die es ihnen ermöglichen, wertvolle Lipide mit nützlichen Pilzen auszutauschen. Diese Partnerschaft machte es Pflanzen vor Jahrmillionen überhaupt erst möglich, aus dem Süßwasser heraus das Land zu besiedeln. Darüber berichtet ein internationales Team unter der Leitung des Centre national de la recherche scientifique (CNRS) und des Institut national de la recherche agronomique (INRA) mit Beteiligung von Professor Dr. Marcel Bucher vom Institut für Pflanzenwissenschaften und Exzellenzcluster CEPLAS der Universität zu Köln, sowie Prof. Dr. Thomas Ott der Universität Freiburg in der Fachzeitschrift Science.

Quelle: Uni Köln

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News · Forschungsergebnis

Tibet: Weniger Wald, mehr Arten

Alpine Pflanzen wie diese Saussurea stella, leben im Hengduan-Gebirge. Foto: Richard H. Ree, Field Museum

Üblicherweise gelten Bergwälder als die artenreichsten Lebensräume im Gebirge. Wie ein Team vom Alfred-Wegener-Institut (AWI) im Hochland von Tibet herausgefunden hat, beherbergen die höher liegenden baumlosen Bergregionen aber deutlich mehr Spezies. Ihre Ergebnisse veröffentlichen sie jetzt im Fachjournal Nature Communications. Sie helfen besser abzuschätzen, wie die Artenvielfalt der Bergregionen im Zuge der Erderwärmung schwinden wird – wenn sich die Bergwälder weiter nach oben ausbreiten.

Quelle: AWI

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News · Forschungsergebnis

Schweizer Bauern trugen zur Domestizierung des Schlafmohns bei

Blüte und Samenkapsel des Schlafmohns. Foto: Raül Soteras, AgriChange-Projekt

Wo heute Zürichs Opernparkhaus steht, blühten einst Schlafmohnfelder. Forschende der Universität Basel konnten anhand einer neuen Analyse archäologischer Samen die Vermutung untermauern, dass prähistorische Bauern rund um die Alpen an der Domestizierung des Schlafmohns beteiligt waren. Mit einer neuen Analysemethode konnten die Forschenden gemeinsam mit ihren Kolleg*innen aus Montpellier die Hypothese bestärken, dass ab etwa 5500 v. Chr. prähistorische Bauern rund um die Alpen begannen, den Schlafmohn grossflächig anzubauen und zu nutzen. Damit trugen sie zu seiner Domestikation bei, wie das Team im Fachjournal Scientific Reports berichtet.

Quelle: Uni Basel

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News · Forschungsergebnis

Wie kooperative Wurzelnetzwerke gestressten Bäumen helfen

Miteinander verwachsene Mangrovenwurzeln bilden ein Netzwerk. Foto: Alejandra Vovides

Dass Wurzeln von Bäumen derselben oder verschiedener Spezies miteinander verwachsen und sich so zu Netzwerken verbinden, ist nicht neu. Welche Bedeutung dies genau für die Waldökologie hat, ist jedoch noch weitgehend unbekannt. Die im Fachmagazin Communications Biology geschilderten Ergebnisse der Forschungsgruppe um Uta Berger, Professorin für Forstliche Biometrie und Systemanalyse an der TU Dresden sowie der University of Glasgow, Mende University Brno und dem mexikanischen Instituto de Ecología in Veracruz bringen hier neue Erkenntnisse: Die Untersuchungen in der Lagune La Mancha am Golf von Mexiko bestätigten die Hypothese, dass es sich bei den Wurzelnetzwerken um eine Überlebensstrategie handelt: Über die vernetzten Wurzeln tauschen die Mangroven in Zeiten des Mangels Wasser und darin gelöste Nährstoffe aus.

Quelle: TU Dresden

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Baumarten-Vielfalt ist kein Schutz gegen Borkenkäfer-Befall

Luftaufnahme vom Baumdiversitätsexperiment IDENT bei Freiburg vor (links) und nach (rechts) der Trockenheit und dem Borkenkäferbefall im Jahr 2018. Fotos: Luftaufnahmen - K. R. Kovach; Kupferstecher - U. Schmidt

In den vergangenen Jahren konnten es Försterinnen und Förster hautnah beobachten: Erst schwächt langanhalte Trockenheit die Bäume, dann greifen Borkenkäfer und andere Schädlinge an. Während gesunde Bäume die Eindringlinge mit Harz fernhalten, sind gestresste beinahe wehrlos. Die Freiburger Wissenschaftlerin Sylvie Berthelot und ihr Team berichten im Fachmagazin Journal of Ecology, wie die Zusammensetzung der Baumarten eines Waldes das Fressverhalten der Borkenkäfer beeinflusst. „Eine zunehmende Baumvielfalt kann das Risiko eines Borkenkäferbefalls für Gattungen, die für hohe Befallsraten anfällig sind wie Lärche und Fichte verringern. Aber das Risiko für weniger bevorzugte Gattungen wie die Kiefer oder exotische Bäume kann mit der Baumvielfalt zunehmen, da einmal angelockte Käfer auch diese Bäume befallen“, sagt Berthelot. Zwar gebe die Studie Hinweise darauf, dass nicht-heimische Baumarten wenig befallen werden, da die Käfer diese Gattungen nicht kennen. „Dieser Effekt kann sich mit den Jahren allerdings abschwächen.“ In Mischwäldern werde das Risiko eines Befalls also eher auf die Baumarten umverteilt als für alle reduziert.

Quelle: Uni Freiburg

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Verarmte Flora in Wiesen und Wäldern gefährdet Insekten

Der Schwefelkäfer (Cteniopus sulphureus) ernährt sich von Pollen verschiedener Pflanzen. Foto: Felix Neff, WSL

Wo die pflanzliche Vielfalt zurückgeht, nimmt die Diversität der Insekten und damit die Biodiversität als Ganzes ab. Auf intensiv genutzten Wiesen und Weiden sowie in dunklen Buchenwäldern fehlen etwa auf wenige Pflanzenarten spezialisierte Insekten, da dort ihre Futterpflanzen nicht mehr vorkommen. Dies zeigt eine internationale und von der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL koordinierte Studie, die im Fachmagazin Science Advances erschien.

Quelle: WSL

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Globale Landnutzungs-Änderungen größer als gedacht

„HILDA+“-Landnutzungskarte für das Jahr 2019. Grafik: Karina Winkler, KIT

Der Mensch hinterlässt weltweit seine „Fußabdrücke“ auf der Landoberfläche. Diese Landnutzungsänderungen spielen eine wichtige Rolle für Ernährung, Klima und Biodiversität. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben Satellitendaten mit Statistiken der vergangenen 60 Jahre kombiniert und herausgefunden, dass globale Landnutzungsänderungen rund 32 Prozent der Landoberfläche umfassen. Damit sind sie etwa viermal so groß wie bisher angenommen. Über ihre Ergebnisse berichten die Forschenden im Wissenschaftsmagazin Nature Communications.

Quelle: KIT

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Ionenhaushalt beeinflusst Effizienz der Photosynthese

Prof. Hans-Henning Kunz im Gewächshaus. Foto und (c): LMU

Ionentransportproteine der Chloroplastenmembran spielen für die Steuerung der Photosynthese eine wichtige Rolle. Das haben Forschende um Professor Hans-Henning Kunz (Preisträger unseres Eduard Strasburger-Preises) vom Biozentrum der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) erstmals gezeigt. Die Ionentransportproteine sind für die Regulation des Ionenhaushalts im Stroma verantwortlich, der plasmatischen Grundsubstanz im Inneren des Organells, in der sowohl die DNA des Chloroplasten als auch seine Proteinfabriken – die Ribosomen – liegen. Für den korrekten Ablauf der Photosynthese ist es essentiell, dass die Gene im Zellkern und in den Chloroplasten koordiniert arbeiten. „In der Modellpflanze Arabidopsis thaliana konnten wir nun nachweisen, dass der Ionenhaushalt im Stroma diese Kommunikation beeinflusst“, sagt Kunz. „Jetzt haben unsere Experimente gezeigt, dass im Zellkern codierte Helferproteine ohne diese Ionentransporter Schwierigkeiten haben, ihre Partner-RNA im Chloroplasten zu binden“, führt Kunz aus. Damit wird die RNA-Reifung behindert, ein wichtiger Zwischenschritt bei der Übermittlung der in den Chloroplasten-Genen festgelegten Informationen an die Ribosomen. Besonders ausgeprägt war dieser Defekt bei der RNA, aus der die Ribosomen des Chloroplasten aufgebaut sind, wie sie im Fachmagazin The Plant Cell berichten. Diese Ionentransporter könnten dazu beitragen, die Photosynthese bei schwierigen Umweltbedingungen effizienter zu schützen und so Nutzpflanzen besser an den Klimawandel anzupassen.

Quelle: LMU

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Mit Smartphones den ökologischen Wandel erfassen

Die App Flora Incognita kann unbekannte Pflanzen bestimmen. Mithilfe der Standortdaten der erfassten Pflanzenarten entstehen außerdem wertvolle Datensätze. Foto: Jana Wäldchen, MPI-BGC

Smartphone-Apps zur Pflanzenbestimmung wie „Flora Incognita“ können nicht nur Pflanzenarten erkennen, sie erfassen auch großräumige ökologische Muster. Diese Muster stimmen mit Langzeit-Kartierungen der deutschen Flora erstaunlich gut überein, obwohl sie in kürzester Zeit gewonnen wurden und stark vom Verhalten der Nutzer der App beeinflusst werden. Damit eröffnen sich neue Perspektiven für die schnelle Erfassung von Veränderungen der Biodiversität. Das sind die wesentlichen Erkenntnisse einer Studie, die von einem Forschungsteam aus Mitteldeutschland durchgeführt und in der Zeitschrift Ecography veröffentlicht wurde, wie das Deutsche Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig berichtet.

Quelle: iDiv

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Bestäuber-Wechsel: Vögel und Fledermäuse bestäuben Pflanzen der Anden

Wie kommt es dazu, dass die Bestäuber einer Pflanzenart im Laufe der Evolution wechseln? Ein Team um Agnes Dellinger vom Department für Botanik und Biodiversitätsforschung und Jürg Schönenberger von der Universität Wien ist dieser Frage in den Regenwäldern Süd- und Mittelamerikas nachgegangen. In fünf Expeditionen untersuchten sie elf Pflanzenarten der Familie der Schwarzmundgewächse in den Tiefland- und Bergregenwäldern Costa Ricas, Ecuadors und Kolumbiens. "Wir fanden heraus, dass Bienen häufige Blütenbesucher im Tiefland waren, wo die untersuchte Pflanzengruppe vermutlich ihren evolutionären Ursprung hat", erklärt Dellinger. Im Laufe der letzten fünf Millionen Jahre haben sich diese Pflanzen auch in den – durch die Auffaltung der Anden – neu entstandenen Gebirgshabitaten ausgebreitet. "In dieser Höhe von etwa 2.400 bis etwa 3.300 Meter sind Bienen nur sehr seltene Blütenbesucher, während Wirbeltiere wie Fledermäuse, Kolibris und Sperlingsvögel häufig an Blüten anzutreffen sind", so Dellinger. Diese Wirbeltiere transportieren im Vergleich zu Bienen in den tropischen Bergregenwäldern größere Mengen an Pollen zwischen den Blüten. Diese effizientere Pollenübertragung durch Wirbeltiere ist  wahrscheinlich ein wichtiger Faktor in der Evolution von Bestäuberwechseln. "Wechsel von Bienen- zu Wirbeltierbestäubung haben bei Schwarzmundgewächsen ausschließlich in Gebirgswäldern stattgefunden, wo das Klima generell feuchter, kühler und windiger ist als im Tieflandregenwald", so Dellinger. Auch haben sich die Blüten in ihrer Funktionsweise und ihrer Morphologie über lange evolutionäre Zeiträume an die neuen Wirbeltierbestäuber angepasst. Ihre Ergebnisse erschienen in der Fachzeitschrift New Phytologist.

Quelle: Uni Wien

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Honigbienen fliegen auf Raps, Apfelblüten haben das Nachsehen

Raps ist bei Honigbienen beliebt. Foto: Albin Andersson

Rapsfelder ziehen Honigbienen magisch an. Sind die Felder direkt neben Apfelanlagen, fliegen die Insekten eher zu den gelben Blüten als zu den nahegelegenen Obstbäumen. Das zeigt eine neue Studie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ). Dass die Apfelernte bei den untersuchten Apfelanlagen trotzdem stabil blieb, lag an Hummeln und anderen Wildbienen, die die Bestäubungslücke füllten. Die Studie haben die Forschenden in der Fachzeitschrift Agriculture, Ecosystem and Environment veröffentlicht.

Quelle: MLU

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Neue Rhododendron-Art bevorzugt Schiefergestein

Die neu beschriebene Art bevorzugt das schwermetallhaltige Schiefergestein in den Great Smoky Mountains. Foto: Ralf Bauer, Uni Oldenburg

Eine Vorliebe für schwermetallhaltiges Schiefergestein ist charakteristisch für eine neue Rhododendron-Art, die Prof. Dr. Dirk Albach von der Universität Oldenburg und der Rhododendron-Sammler Dr. Ralf Bauer aus Offenburg entdeckt haben. Die neue Art, Rhododendron smokianum genannt, besetzt damit eine ungewöhnliche ökologische Nische, wie die beiden am 1. März in der Fachzeitschrift Systematic Botany schreiben, die sie heute der Öffentlichkeit vorstellten. Die neue Art hat einen kompakteren Wuchs als andere Arten und unterscheidet sich zudem durch kleinere Blüten mit einer kurzröhrigen Blumenkrone. Das Verbreitungsgebiet beschränkt sich auf den Great-Smoky-Mountains-Nationalpark im US-Staat Tennessee, dem Namensgeber der neuen Art.

Quelle: Uni Oldenburg

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Klimawandel dürfte Pflanzenvielfalt in Trockengebieten verändern

Untersuchungsfläche an der Havel, eine von weltweit 72 Freilandexperimenten, deren Daten in die Synthese eingeflossen sind. Foto: Kristin Ludewig

Wasser ist in vielen Ökosystemen der Erde ein knappes Gut. Dieser Mangel dürfte sich im Zuge des Klimawandels weiter verschärfen und zu einem deutlichen Rückgang der Pflanzenvielfalt führen. Mit einer Synthese von experimentellen Daten aus der ganzen Welt haben Wissenschaftler*innen des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) zum ersten Mal nachgewiesen, dass gerade Trockengebiete besonders empfindlich auf veränderte Niederschlagsmengen reagieren. Das aber kann auch für die Menschen in den betroffenen Regionen Konsequenzen haben, warnt das Team im Fachjournal Nature Communications.

Quelle: UFZ

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Kakao wird nicht von Gnitzen bestäubt

Eine Kakaoblüte wird von einer winzigen parasitären Wespe besucht. Foto: Manuel Toledo

Ameisen und Fliegen – und nicht wie bisher angenommen Gnitzen – spielen eine entscheidende Rolle beim Bestäuben der Kakao-Pflanzen. Ein Forschungsteam unter Leitung der Universität Göttingen hat im indonesischen Zentral-Sulawesi herausgefunden, dass die Förderung der Artenvielfalt sowie der Erhalt von Laubstreu und schattenspendenden Bäume in Agroforstsystemen wichtig sind, um die sehr kleinen Bestäuber der Kakaobäume zu fördern. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Biological Conservation erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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Lichttoleranz von Cyanobakterien erhöht

Sonne, Luft und Wasser: Mehr brauchen Pflanzen und Cyanobakterien – umgangssprachlich auch als Blaualgen bezeichnet – nicht, um durch Photosynthese organische Kohlenstoffverbindungen und Sauerstoff zu produzieren. Dieser Prozess ist die Grundlage allen Lebens auf der Erde. Zuviel Sonnenlicht allerdings wirkt sich negativ aus, weil es die zellulären Solaranlagen beschädigt. Ein Team um den Biologen Dario Leister von der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) hat nun mit künstlicher Evolution im Labor die Lichttoleranz von Blaualgen deutlich erhöht und über 100 beteiligte Mutationen identifiziert. Langfristig wollen die Forschenden dazu beitragen, Nutzpflanzen robuster gegen Umweltveränderungen zu machen. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Nature Plants.

Quelle: LMU

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Essenzielle Virulenzproteine des Maisbeulenbrandes entdeckt

Ustilago maydis-Hyphen im Inneren eines infizierten Maisblattes. Die roten Flecken werden durch ein fluoreszierendes Protein verursacht, das an eines der Proteine im oberflächenexponierten Komplex gebunden ist. Foto und (c): Kahmann, MPI für terrestrische Mikrobiologie

Um die Maispflanze zu infizieren, nutzt der Pilz-Parasit Ustilago maydis einen Komplex aus sieben Proteinen. Zahlreiche Befunde belegen eine essentielle Rolle des Komplexes bei der Krankheitsentstehung und lassen auf ein weit verbreitetes Vorkommen bei pilzlichen Pathogenen schließen. Wie das Forschungsteam um unser Ehrenmitglied, Prof. Dr. Regine Kahmann, vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in der Fachzeitschrift Nature Micrbiology schildert, hat es fünf Pilzeffektoren sowie zwei pilzliche Transmembranproteine identifiziert, die einen stabilen Proteinkomplex bilden. Fehlt nur eines dieser sieben Proteine, kommt der Infektionsprozess vollständig zum Erliegen. Ein solch starker Beitrag zur Virulenz ist sehr ungewöhnlich für Effektoren, die einzeln normalerweise nur einen jeweils kleinen Beitrag zur Virulenz leisten. Mutanten, denen Proteine des Komplexes fehlen, können die Wirtsimmunität nicht herunterregulieren, was auf eine Beteiligung des Komplexes an der Effektorabgabe hindeutet. Experimente zur Lokalisierung des Komplexes, die zum Teil mit Kooperationspartnern in den USA und an der Philipps-Universität in Marburg durchgeführt wurden, ergaben, dass sich die Proteine in Strukturen befinden, die vom Pilz in die Wirtszellen hineinreichen.

Quelle: MPI für terrestrische Mikrobiologie

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Wie Pflanzen ihren Symbiosepartnern näherkommen

Ein Wurzelhaar (blau) wächst um die symbiotischen Bakterien (rot) herum. Foto: Pengbo Liang, Uni Freiburg

­In Wurzelzellen haben Forschende einen Faktor nachgewiesen, den die Pflanzen für den ersten physischen Kontakt mit Knöllchenbakterien benötigen. Das Team um den Zellbiologen Prof. Dr. Thomas Ott der Universität Freiburg entdeckte in der Leguminose Medicago truncatula (Schneckenklee) ein nur in Leguminosen vorkommendes Protein namens Symbiotic Formin 1 (SYFO1) und wies dessen essentielle Rolle für die Symbiose nach. Trifft ein Knöllchenbakterium auf die Wurzeln der Leguminosen, verursacht das SYFO1-Protein, dass die Härchen der Wurzel die Wachstumsrichtung verändern. Sie umwickeln so den potenziellen Partner für die Symbiose. „Wenn wir genau verstehen, wie die Symbiose zustande kommt, könnten wir Nutzpflanzen diese besondere Eigenschaft zurückgeben, die sie im Laufe der Evolution verloren haben“, sagt Ott. Zusammen mit dem Molekularbiologen Prof. Dr. Robert Grosse von der Medizinischen Fakultät der Universität Freiburg und dem Evolutionsbiologen Dr. Pierre-Marc Delaux vom Laboratoire de Recherche en Sciences Végétales (LRSV) in Toulouse/Frankreich veröffentlicht das Team die Ergebnisse im Fachmagazin Current Biology.

Quelle: Uni Freiburg

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Mensch beschleunigt Änderung der Zusammensetzung der Pflanzenarten

Auf Teneriffa werden pollenhaltige Sedimente aus einem Bohrloch entnommen. Foto und (c): José María Fernández Palacios

Der Mensch hat die Biodiversität in allen Klimazonen der Erde erheblich beeinflusst. Unter der Leitung von Prof. Dr. Manuel Steinbauer an der Universität Bayreuth und Dr. Sandra Nogué an der University of Southampton hat ein internationales Team untersucht, wie sich die Pflanzenwelt auf 27 Inseln in verschiedenen Weltregionen seit 5.000 Jahren entwickelt hat: Fast überall löste die Ankunft des Menschen in vorher unbeeinflussten Ökosystemen eine deutlich beschleunigten Wandel der Biodiversität aus, berichten die Forschenden in der Fachzeitschrift Science. Diese Dynamik veränderter Artenzusammensetzungen war auf jenen Inseln besonders stark ausgeprägt, die innerhalb der letzten 1.500 Jahre besiedelt wurden.

Quelle: Uni Bayreuth

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Wie Algen verhindern von Korallen ausgespuckt zu werden

Mit dem Modellsystem Exaiptasia diaphana gelang der Nachweis, dass Mikroalgen aus der Gruppe der Dinoflagellaten intrazelluläre Symbiosen initiieren, indem sie das Immunsystem ihrer Wirtszelle unterdrücken. Foto: Natascha Bechtoldt

Algen aus der Gruppe der Dinoflagellaten gehen seit Urzeiten intrazelluläre Symbiosen mit Korallen ein. Ein Forschungsteam vom Centre for Organismal Studies (COS) der Universität Heidelberg hat nun herausgefunden, dass solche Symbiosen von der Fähigkeit der Mikroalgen abhängen, das Immunsystem ihrer Wirtszelle zu unterdrücken und so die Beseitigung durch „Ausspucken“ zu vermeiden. Die Forschenden fanden außerdem Hinweise darauf, dass es sich bei dieser Immunantwort um einen evolutionär alten Abwehrmechanismus handelt, der weiter verbreitet ist als bisher angenommen. „Die Herausforderung für die Korallen besteht darin, zwischen nützlichen und potenziell schädlichen Mikroorganismen zu unterscheiden. Die Algen wiederum müssen die Immunantwort der Wirtszelle umgehen, eine intrazelluläre Nische etablieren, in der sie überleben können, und die eigenen Zellfunktionen so auf die ihres Wirtes abstimmen, dass Nährstoffe effizient ausgetauscht werden können“, erklärt Prof. Dr. Annika Guse vom COS. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie im Fachmagazin Nature Microbiology.

Quelle: Uni Heidelberg

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News · Forschungsergebnis

Netzwerke für Ährchenbildung bei Gerste beschrieben

Gerstenähren. Foto: Eva Siebenhühner, IPK

Wie einzelne Gene bei der Bildung der Ährchen in Gerste zusammenwirken hat ein internationales Forschungsteam unter Führung des Leibniz-Institutes für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in einem mehrjährigen Forschungsvorhaben analysiert. Dazu hat es feinste Gewebeteile, die an der Organbildung der Gerstenähre beteiligt sind, mittels Laser herausgeschnitten und genauer untersucht. Die in der Fachzeitschrift Science Advances vorgestellten Ergebnisse nützen vor allem vergleichende Studien.

Quelle: IPK (pdf)

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News · Forschungsergebnis

Artenvielfalt in Nebelwäldern schwindet – auch in Schutzgebieten

Tropische Bergnebelwälder wie der Manusela-Nationalpark auf der indonesischen Insel Seram sind oft in Wolken gehüllt. Foto: Dirk Karger, WSL

Die Fläche der tropischen Bergnebelwälder wird weltweit kleiner. Dies hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) zum ersten Mal mithilfe von Satellitendaten nachweisen können und in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution dargelegt. Mit der Abnahme ist ein immenser Verlust an Pflanzen und Tieren verbunden, die in diesen Wäldern vorkommen. Schutzgebiete zeigen dabei kaum Wirkung.

Quelle: WSL

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News · Forschungsergebnis

Baumplantagen tragen nur bedingt zum Schutz der Biodiversität bei

Käfer erfüllen wichtige Funktionen bei verschiedenen natürlichen Prozessen, so wie dieser Mistkäfer (Oxysternon aff. conspicillatum), der sich im tropischen Regenwald Boliviens von Dung ernährt. Foto: Jaime Rodriguez

Künstlich angelegte Baumplantagen sollen helfen, den Verlust naturbelassener Wälder auszugleichen, tragen aber nur bedingt zum Schutz der Biodiversität bei. So beherbergen Plantagen weniger Käferarten als naturbelassene Altbestände und auch die Zahl der Tiere ist deutlich geringer. Das zeigt eine globale Analyse unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), die im Fachmagazin Forest Ecology and Management veröffentlicht wurde.

Quelle: iDiv

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News · Forschungsergebnis

Pflanzenherkunft beeinflusst Bestäuber

Eine Erdhummel ist mit Pollen von der Acker-Witwenblume bedeckt. Foto: Peter Leßmann, WWU

Das Insektensterben und der Rückgang der biologischen Vielfalt stellen Herausforderungen für das Bestäuben von Wild- und Kulturpflanzen dar. Landschaftsökologinnen und -ökologen der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster haben jetzt genauer untersucht, wie sich die Saatgutauswahl bei Renaturierungsmaßnahmen, also die Wiederherstellung von naturnahen Lebensräumen aus kultivierten und genutzten Bodenoberflächen, auf die Förderung der Insektenvielfalt auswirkt. Dabei spielt nicht nur die Pflanzenart, sondern auch die geografische Herkunft der Samen eine wichtige Rolle: Sie hat nämlich Einfluss auf die Insektenvielfalt und darauf, wie oft die Bestäuber die Blüten besuchen. Sie publizierten ihre Studienergebnisse in der Fachzeitschrift Journal of Applied Ecology.

Quelle: WWU

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News · Forschungsergebnis · Politik

Globale Nachhaltigkeit: Kombination von Ökolandbau und Gentechnik

Für mehr Nachhaltigkeit auf globaler Ebene sollte die EU-Gesetzgebung geändert und der Einsatz der Gen-Schere im Ökolandbau erlaubt werden. Dies fordert ein internationales Forschungsteam. Die EU-Kommission hatte im Mai 2020 die Farm-to-Fork-Strategie vorgelegt, die Teil des European Green Deal ist. Das Ziel ist es, die europäische Landwirtschaft und das Ernährungssystem nachhaltiger zu gestalten. Insbesondere soll der Anteil des ökologischen Landbaus an der Agrarwirtschaft innerhalb der EU bis 2030 auf 25 Prozent erhöht werden. Diese Steigerung gewährleistet jedoch - wenn es bei der derzeitigen EU-Rechtslage bleibt - keineswegs mehr Nachhaltigkeit, wie die Studie in der Zeitschrift Trends in Plant Science zeigt, zu der Wissenschaftler*innen aus Bayreuth, Göttingen, Düsseldorf, Heidelberg, Wageningen, Alnarp und Berkeley beigetragen haben. „Den Ökolandbau unter den gegenwärtigen rechtlichen Beschränkungen der Biotechnologie weiter auszudehnen, könnte leicht zu weniger anstatt zu mehr Nachhaltigkeit führen. Dabei bietet gerade die Gen-Schere vielversprechende Potenziale für eine nachhaltige Agrarwirtschaft“, erklärt Kai Purnhagen, Erstautor der Studie und Professor für Lebensmittelrecht an der Universität Bayreuth.

Quelle: Uni Bayreuth

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News · Forschungsergebnis

Wie das Photosystem II zusammengebaut wird

Die Struktur des Photosystem II war bekannt. Lange war aber nicht klar, wie sie zusammengebaut wird. Foto und (c): Jan M. Schuller

Erstmals haben Forschende Struktur und Funktion eines Übergangszustands der Synthese vom Photosystem II aufklären können, dem Teil des Photosynthese-Systems von Pflanzen, Algen und Cyanobakterien, in dem der erste Schritt der Lichtreaktion stattfindet. PS II besteht aus mehr als 100 Einzelteilen, die in einem wohl orchestrierten Prozess zusammenfinden müssen, damit am Ende eine funktionierende Maschine entsteht. Eine entscheidende Rolle spielen dabei Helferproteine, die sogenannten Assemblierungsfaktoren, die für Teilschritte verantwortlich sind. „Man kann sich diese wie Roboter an einem Fließband, zum Beispiel zur Herstellung eines PKWs, vorstellen“, erklärt Prof. Dr. Marc Nowaczyk vom Lehrstuhl Biochemie der Pflanzen der RUB. „Jeder Roboter fügt ein Teil an oder setzt vorgefertigte Module zusammen, damit am Ende eine perfekte Maschine entstehen kann.“ Das internationale Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB), der Max-Planck-Institute für Biochemie und Biophysik, des Zentrums für Synthetische Mikrobiologie (SYNMIKRO) und des Chemie Departments der Philipps Universität Marburg, der University of Illinois Urbana-Champaign, USA, und der Université Paris-Saclay, Frankreich, hat seine Ergebnisse am 12. April 2021 in der Zeitschrift Nature Plants veröffentlicht. Die Daten zeigen die molekulare Struktur eines PS II-Übergangskomplexes mit gleich drei Helferproteinen.

Quelle: RUB

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News · Forschungsergebnis

Wie Organismen im Riff den Folgen des Klimawandels widerstehen können

Benthische Großforaminiferen leben in flachen Gewässern wie hier auf Seegräsern. Foto: Marleen Stuhr, ZMT

Foraminiferen leben in Symbiose mit Algen und produzieren Kalkgehäuse. Forschende zeigten kürzlich im Fachjournal Oceans, wie diese kalkbildenden Einzeller auf Ozeanversauerung und -erwärmung reagieren. Die Meeresgeoökologin Dr. Marleen Stuhr vom Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT) in Bremen leitete die Studie und schließt aus den Ergebnissen, dass die winzigen Rifforganismen den Bedingungen widerstehen könnten, wie sie für die Meere in der Zukunft vorausgesagt werden. An der Untersuchung waren neben dem ZMT auch Forschende des Leibniz-Instituts für Analytische Wissenschaften (ISAS) in Dortmund und der amerikanischen Northeastern University in Boston beteiligt.

Quelle: ZMT

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News · Forschungsergebnis

Mikrobiom-gesteuerte Züchtung von Ölkürbissen

Die Züchtung des steirischen Ölkürbis ist mit rund 150 Jahren relativ jung und gut dokumentiert. Durch die gezielte Züchtung resistenter, immer schmackhafterer und ertragreicherer Kürbispflanzen hat sich das Samen-Mikrobiom des Ölkürbis über die Generationen mitverändert. Anhand einer gut dokumentierten Züchtungslinie konnten die Umweltbiotechnologinnen und -technologen der TU Graz erstmals nachweisen, dass die Mikroorganismen am Samen des Kürbis vererbt und wohl ausschlaggebend für bestimmte Pflanzeneigenschaften sind. Peter Kusstatscher, einer der Studienautoren, erklärt: „Wir haben Bakterien und Pilze am Samen der Ölkürbisse untersucht und herausgefunden, dass die Pflanze einen Großteil ihrer Bakterien am Samen – bis zu 60 Prozent nämlich – an die nächste Generation weitergibt, während die Pilzvielfalt am Samen weitgehend vom lokalen Bodenmikrobiom abhängt. Vererbt,“ so Kusstatscher weiter, „werden dabei vor allem für die Pflanzen nützliche Mikroorganismen. Da verhält es sich bei der Pflanze ähnlich wie beim Menschen: Babys erhalten ihr Mikrobiom auch von der Mutter.“ Die in Frontiers in Plant Science publizierten Ergebnisse ebnen erstmals den Weg hin zur Mikrobiom-gesteuerten Züchtung von Ölkürbissen. Die gezielte Züchtung eines vorteilhaften Samen-Mikrobioms führt zu Pflanzeneigenschaften, die sich positiv auf Ertrag, Gesundheit und Lagerfähigkeit von Ölkürbissen auswirken.

Quelle: TU Graz

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News · Forschungsergebnis

Klimawandel macht es schwieriger, gute Tasse Kaffee zu bekommen

Äthiopien könnte in Zukunft weniger besonders hochwertigen Kaffee und mehr durchschnittliche, eher fade schmeckende Sorten erzeugen. Das ist das Ergebnis einer neuen Studie eines internationalen Forschungsteams unter der Leitung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK), das die Auswirkungen des Klimawandels auf Afrikas größtes Anbaugebiet für Kaffee untersucht und die Ergebnisse im Fachjournal Nature Scientific Reports publiziert hat. Ihre Ergebnisse sind sowohl für die Millionen von Kleinbauern des Landes, die mit Spezialitätenkaffee mehr verdienen als mit normalem Kaffee, als auch für Baristas und Kaffeegenießer auf der ganzen Welt relevant.

Quelle: PIK

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News · Forschungsergebnis

Bäume sterben bei Trockenheit am Kollaps des hydraulischen Systems

Wenn Bäume während einer Trockenperiode sterben, sind sie verdurstet. Forschende der Universität Basel konnten in einer Feldstudie zeigen, dass der Kollaps des hydraulischen Systems für den Baumtod verantwortlich ist. Und sie fanden heraus: Die Bäume sterben möglicherweise schneller, als bisher gedacht, wie sie im Fachjournal PNAS darlegen.

Quelle: Uni Basel

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News · Forschungsergebnis

Genetische Ursachen für Virusresistenz des Apfelwicklers

Eine mit CpGV infizierte Larve des Apfelwicklers in einem geschädigten Apfel. Foto: Johannes Jehle, JKI

Forschende des Julius Kühn-Instituts (JKI) legen erstmals globale Transkriptom-Analyse eines Granulovirus vor und liefern damit Grundlage für verbesserte biologische Bekämpfung des Apfelwicklers. Der Apfelwickler Cydia pomonella ist weltweit der wichtigste Schädling im ökologischen wie im integrierten Apfelanbau. Bereits seit Jahrzehnten wird das Insekt mit einem natürlichen Gegenspieler, dem Apfelwickler-Granulovirus (CpGV), erfolgreich bekämpft. Doch mittlerweile treten immer häufiger Apfelwicklermaden auf, die resistent gegen das Virus sind. Um die biologische Bekämpfung in Apfelanlagen auch künftig sicherzustellen, klären Forschende des Julius Kühn-Instituts (JKI) in Darmstadt die molekularen Mechanismen der Virusinfektion auf. Dazu wurde das über 140 Gene umfassende Genom des Virus in anfälligen und resistenten Apfelwicklern analysiert. Die Ergebnisse sind jetzt im Journal of General Virology erschienen.

Quelle: JKI

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Kortikalreaktion bei Pflanzen entdeckt

Die Eizelle (l.) produziert ein Kortikalnetzwerk am oberen Pol, welches gelb-markierte Endopeptidasen enthält. Der Golgi-Apparat der Eizelle ist rot markiert. Rechts eine Drüsenzelle (Synergide), die Pollenschlauchanlockungsproteine sekretiert. Aufnahme: Dr. Andrea Bleckmann

Biologen*innen haben einen Mechanismus entdeckt, wie Pflanzen verhindern, dass Eizellen von mehreren Spermazellen befruchtet werden. Wie sie im Fachjourrnal Nature berichten ist es dem Forschungsteam vom Lehrstuhl für Zellbiologie und Pflanzenbiochemie um Professor Dr. Thomas Dresselhaus gelungen zu zeigen, dass zwei der befruchtungsinduzierten Boten-mRNAs sog. Endopeptidasen erzeugen, die nach Befruchtung in großen Mengen von der Eizelle ausgeschieden werden. In Kooperation mit Forschern*innen der Universität Wuhan (China) konnten sie jetzt zeigen, dass diese Endopeptidasen oben beschriebene Pollenschlauch-Anlockungsproteine spalten und somit inaktivieren. Es werden dadurch keine weiteren Pollenschläuche angelockt und Polyspermie wird verhindert. „Ähnlich der Kortikalreaktion bei Tieren enthält das Netzwerk Endopeptidasen, die nur nach erfolgreicher Befruchtung mit einer Spermazelle ausgeschleust werden und zu einem schnellen Block der Anlockung weiterer Pollenschläuche führt“, erläutert Dr. Andrea Bleckmann, „Indirekt wird durch diese kortikalähnliche Reaktion Polyspermie bei Pflanzen verhindert.“

Quelle: Uni Regensburg

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Lockdown für Genom-Parasiten

Einen ausgeklügelten Mechanismus, mit dem die Integrität eines Genoms bewahrt wird, haben Forscherinnen und Forscher am Wiener Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) vorgestellt. An der Modellpflanze Arabidopsis zeigen sie, was Genome vor Schäden durch „springende Gene“ schützt und wie die Schutzverpackung per „DHL“ kommt. Sie zeigen den molekularen Wirkmechanismus von DDM1, das auf Transposons abzielt, indem es H2A.W bindet, eine Variante des Histons H2A – einer der Bausteine, die die DNA umhüllen und das dicht gepackte Chromatin bilden. Das Team entdeckte, dass die Ablagerung von H2A.W durch DDM1 auf DNA-Regionen, die reich an Transposons sind, nicht nur notwendig, sondern auch ausreichend ist, um das Chromatin zu remodellieren und die Transposons zum Schweigen zu bringen. Ihre Ergebnisse stellen sie  in der Fachzeitschrift Nature Cell Biology vor.

Quelle: GMI

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Mais lockt mit Flavonoid Bodenbakterien an

Inmitten von jungen Maispflanzen: Dr. Peng Yu vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn. Foto und (c): Barbara Frommann

Mais kann spezielle Bodenbakterien anlocken, die ihm im Gegenzug beim Wachstum helfen: „Die von uns untersuchte Hochleistungs-Zuchtlinie 787 enthält in ihrer Wurzel große Mengen des Enzyms Flavon-Synthase 2 - das ein Molekül aus der Gruppe der Flavonoide herstellt und entlässt dies in den Boden“, erklärt Dr. Peng Yu vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn. Im Erdreich sorgen Flavonoide dafür, dass sich ganz spezifische Bakterien um die Wurzeln herum anreichern. Und diese Mikroben wiederum sind die Ursache dafür, dass sich an den Wurzeln mehr Seitenwurzeln ausbilden. „Dadurch kann der Mais unter anderem mehr Stickstoff aus der Umgebung aufnehmen“, erläutert Prof. Dr. Frank Hochholdinger vom Bonner INRES. „Aus diesem Grunde wächst er schneller, vor allem bei knapper Stickstoff-Versorgung.“ Die von den Universitäten Bonn und Southwest China geleitete Studie, an der auch der Kölner Pflanzenforscher Professor Marcel Bucher von CEPLAS (Cluster of Excellence on Plant Sciences) beteiligt war, erschient in der Fachzeitschrift Nature Plants. Die Ergebnisse könnten langfristig zur Züchtung neuer Sorten führen, die mit weniger Dünger auskommen und daher die Umwelt weniger belasten.

Quelle: Uni Bonn

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Schnellerer Sequenzabgleich für den gesamten Baum des Lebens

Ein Forschungsteam hat neue Suchmöglichkeiten entwickelt, die Vergleiche des biochemischen Aufbaus verschiedener Arten in unterschiedlichen Zweigen des Baums des Lebens ermöglichen werden. Die Kombination von Präzision und Geschwindigkeit dieser Techniken war bislang unerreicht. Die Ergebnisse der Forschenden vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen und der Max Planck Computing and Data Facility in Garching erscheinen am 7. April in Nature Methods.

Quelle: MPI für Entwicklungsbiologie

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Biosensor macht Auxin-Homon in Zelle sichtbar

Die Lupe vergrößert die Wurzelspitze des Arabidopsis thaliana-Keimlings: Zellkerne sind mit zunehmender Auxin-Menge von blau über grün und gelb bis rot gefärbt. Das meiste Auxin befindet sich dort, wo die Neigung (Gravitationsvektor) am größten ist. Unten: die chemische Struktur von Auxin. Grafik und (C): S. Shanmugaratnam, A.C. Stiel, M. Kolb

Die Verteilung des wachstumsregulierenden Hormons Auxin zeigt ein neuer Biosensor nun in Echtzeit an. Im Fachjournal Nature zeigen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Visualisierungsinstrument in lebenden Pflanzen, das sie am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen und an der Universität Bayreuth entwickelt haben. Mit dem neuen Werkzeug lässt sich die räumliche und zeitliche Dynamik des Pflanzenhormons darstellen, etwa bei sich verändernden Umwelteinflüssen.

Quellen: Universität Bayreuth  und MPI für Entwicklungsbiologie in Tübingen

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USA: Höhere ausgebrachte Toxizität gefährdet Pflanzen und Insekten

Der Pestizideinsatz in der Landwirtschaft belastet zunehmend Krebstiere und Insekten in Gewässern. Foto: Renja Bereswill, Universität Koblenz-Landau

Die Giftigkeit der in der US-Landwirtschaft ausgebrachten Pflanzenschutzmittel hat für Pflanzen und Insekten zugenommen. Das zeigen Forschende der Universität Koblenz-Landau am 2. April in der Fachzeitschrift Science. Diesen Anstieg belegen sie außerdem bei genetisch veränderten Nutzpflanzen, die eigentlich die Pestizidbelastung für die Umwelt reduzieren sollten. „Wir haben umfangreiche Daten über die Anwendung von Pestiziden in den USA ausgewertet, die eingesetzten Pestizidmengen in Bezug zu ihrer Giftigkeit gesetzt und somit eine ‚ausgebrachte Toxizität‘ berechnet“, sagt Umweltwissenschaftler Prof. Dr. Ralf Schulz, Hauptautor der Studie aus Landau. „Dadurch erhalten wir einen ganz neuen Blick auf die möglichen Risiken für Umwelt und Biodiversität, die von der Ausbringung von Pestiziden ausgehen.“

Quelle: Universität Koblenz-Landau

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Biologische Vielfalt für die Landwirtschaft wird unterschiedlich wahrgenommen

Wildpflanzen wie Borretsch bereichern nicht nur das Landschaftsbild, sondern fördern auch bestäubende Insekten. Foto: Niels Hellwig

Um negative Auswirkungen der Landwirtschaft auf die biologische Vielfalt zu minimieren, braucht es biodiversitäts-freundliche Bewirtschaftung. Wissenschaftlich fundierte Handlungsempfehlungen dazu werden aber von der Praxis häufig nicht aufgegriffen. Eine aktuelle Befragung zeigt, dass die einzelnen Akteure die Bedeutung der landwirtschaftlichen Biodiversität, zum Beispiel für die Bestäubung, unterschiedlich wahrnehmen. Die Studie wurde von Dr. Bea Maas von der Universität Wien (Österreich) geleitet und in Zusammenarbeit mit Dr. Anett Richter vom Thünen-Institut für Biodiversität (Braunschweig), Dr. Yvonne Fabian von Agroscope (Zürich, Schweiz) und Dr. Sara Kroos von der Columbia Universität (New York, USA) durchgeführt. Sie ist in der Zeitschrift Biological Conservation veröffentlicht.

Quelle: Johann Heinrich von Thünen-Institut

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Biodiversität kann sich positiv auf mentale Gesundheit auswirken

Je größer die Anzahl an Pflanzen- und Tierarten in einer Region sind, desto gesünder sind die Menschen, die dort wohnen. Die Studie belegt auch eine positive Korrelation zwischen nahegelegenen Parks sowie Grünflächen und mentaler Gesundheit. Foto: Stefan Bernhardt, iDiv

In Regionen mit einer höheren Vielfalt an Pflanzen- und Vogelarten geht es den Menschen, die dort leben, besser. So lassen sich die Ergebnisse einer Studie unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), des Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrums (SBiK-F) und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel zusammenfassen, die im Fachmagazin Landscape and Urban Planning veröffentlicht wurde. Den Forschenden zufolge profitiert insbesondere die mentale Gesundheit von einem größeren Artenreichtum, ein direkter Einfluss auf die physische Gesundheit lässt sich hingegen nicht nachweisen.

Quelle: iDiv

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Bodenfeuchte: ein versteckter Treiber der Kohlenstoffbilanz der Landoberfläche

Wüstenlandschaft im Joshua-Tree-Nationalpark, Kalifornien. Foto: Vincent Humphrey, Caltech, USA

Die Menge an Kohlenstoff, die von den Landökosystemen der Erde aufgenommen wird, schwankt von Jahr zu Jahr. Diese Schwankungen werden in erster Linie durch Veränderungen der Bodenfeuchte angetrieben. Ein internationales Team von Wissenschaftler*innen, darunter Prof. Markus Reichstein und Dr. Martin Jung vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena, fand dies in Modellierungsexperimenten heraus, wie sie im Fachjournal Nature berichten. Überraschenderweise wirkt sich die Bodenfeuchte vor allem indirekt auf die Kohlenstoffaufnahme der Pflanzen und Böden aus, indem sie die bodennahe Temperatur und Luftfeuchtigkeit beeinflusst.

Quelle: MPI für Biogeochemie

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Wie sich Pflanzen an Trockenheit erinnern

Bei Trockenheit wird das Signalmolekül GABA gebildet und hemmt die Öffnung der Blattporen (links). Wird das Enzym GAD2, das Glutamat zu GABA umwandelt, genetisch ausgeschaltet, bleiben die Poren auch bei Trockenheit offen – die Pflanzen verlieren mehr Wasser (Mitte). Schleust man das Gen für GAD2 wieder in die Schließzellen ein, wird der Defekt aufgehoben. Das Experiment zeigt, dass die Schließzellen autonom Stress wahrnehmen und mit GABA-Produktion darauf reagieren. Bild: Rainer Hedrich, Uni Würzburg

Pflanzen benutzen das Signalmolekül GABA (Gamma-Aminobuttersäure), um sich an die Trockenheit eines Tages zu erinnern. Je trockener es ist, umso mehr GABA häuft sich im Lauf des Tages im Pflanzengewebe an. Und am nächsten Morgen entscheidet die GABA-Menge darüber, wie weit die Pflanze ihre Blattporen aufmacht. Die Öffnungsweite dieser Poren kann den Wasserverlust begrenzen, wie ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung des Pflanzenwissenschaftlers und Biophysikers Professor Rainer Hedrich von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg im Fachjournal Nature Communications beschreibt. „Ich erforsche seit über 35 Jahren, wie Pflanzen ihren Wasserhaushalt regulieren. Dass wir jetzt unerwartet auf eine völlig neue Strategie des Wassersparens gestoßen sind, gehört zu den größten Überraschungen in meinem Forscherleben“, sagt Hedrich.

Quelle: Uni Würzburg

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Optogenetik: Neuer enzymatischer Lichtsensor

Violettes Licht stößt im Lichtsensor-Protein switch-Cyclop eine Signalkette an, blaues oder grünes Licht stoppt die Kette. Am Ende wird die Produktion des Signalmoleküls cGMP über das Enzym Guanylyl-Cyclase (GC) reguliert. Grafik: Shiqiang Gao, Universität Würzburg

Aus zwei Rhodopsinen der Alge Chlamydomonas reinhardtii haben Forschende einen neuartigen Lichtsensor konstruiert. Er besitzt enzymatische Aktivität und kann durch zwei unterschiedliche Lichtfarben geschaltet werden. UV-Licht oder violettes Licht führt zur Produktion von cGMP, einem wichtigen Signalmolekül in der Zelle. Ein blauer oder grüner Lichtblitz dagegen stoppt die Produktion des Signalmoleküls. Den neuen optogenetischen Schalter stellen Yuehui Tian, Georg Nagel und Shiqiang Gao von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg in der Fachzeitschrift BMC Biology vor.

Quelle: Uni Würzburg

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Warum blaue Blüten selten sind

Leberblümchen (Hepatica nobilis). Foto: Anke Jentsch

Nur wenige Blütenblätter enthalten blaue Farbpigmente. Ein internationales Forschungsteam hat nun die Gründe dafür untersucht. Eine wichtige Rolle spielen demnach der hohe chemische Aufwand bei der Herstellung blauer Farbstoffe, aber auch unterschiedliche Farbwahrnehmungen der Bestäuber. Für Bienen haben Blautöne einen auffälligeren Anteil an der Farbenpracht der Blüten als für das menschliche Auge. In der Zeitschrift Frontiers in Plant Science stellt das Team um die Bayreuther Ökologin Prof. Dr. Anke Jentsch die Daten vor.

Quelle: Uni Bayreuth

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Effekte des CO2-Anstiegs schon im vergangenen Jahrhundert erkennbar

Das Versuchsfeld von Rothamsted Research in England. Aufnahme und (c): Rothamsted Research, TUM

Der Anstieg der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre und der damit einhergehende Klimawandel hat schon im vergangenen Jahrhundert in Gras-dominierten Grünlandbeständen zu Mindererträgen geführt. Dies zeigen Forschende der Technischen Universität München (TUM), die gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus Rothamsted (U.K.) eine Untersuchung auf Basis des dortigen weltweit ältesten ökologischen Dauerexperiments durchgeführt haben. Die Studie zueigt auch, wie Grünland auf den Klimawandel reagiert. Ihre Ergebnisse publizierte das Team um Hans Schnyder, Professor für Grünlandlehre an der TUM im Fachjournal BMC Biology.

Quelle: TUM

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Drei Pflanzenfossilien zu Ehren Volker Mosbruggers beschrieben

Fossile Pflanzen nach Volker Mosbrugger benannt. Links die Blume Menatanthus mosbruggeri und rechts die 29 Millimeter lange Frucht Halesia mosbruggeri aus dem Miozän. Aufnahmen: Senckenberg (links) und Z. Kvaček (rechts)

Das heute neu erschienene Sonderheft des Senckenberg-Fachjournals Palaeobiodiversity and Palaeoenvironments ist Prof. Dr. Dr. h.c. Volker Mosbrugger gewidmet, welcher nach 15-jähriger Senckenberg-Amtszeit vor Kurzem in den Ruhestand getreten ist. Drei neuentdeckte und in der Publikation erstmalig beschriebene Fossilien – eine Blüte, eine Alge und eine Frucht – wurden nach dem ehemaligen Generaldirektor benannt. Die fossile Blüte aus der französischen Fossillagerstätte Menat mit den etwa 3 Millimeter langen Blütenblättern stammt aus dem Paleozän, ist etwa 56 Millionen Jahre alt und trägt nun den Namen Menatanthus mosbruggeri. Durch die exzellente Erhaltung in einem ehemaligen Maar-See sind auf der Blüte sogar deutlich die Staubgefäße mit den Pollenkörnern zu erkennen, die an heutige Lorbeerrosen (Kalmia) erinnern. Auch eine fossile Alge, die im Nordwesten Bulgariens gefunden wurde, trägt nun den Namen Mosbruggers. Die neue Art Closterium mosbruggeri ist der erste fossile Nachweis dieser Zieralgen-Gattung in Europa und der dritte weltweit. Das längliche Pflanzenfossil ist zwischen 12 und 11 Millionen Jahre alt und kann dazu beitragen die Evolutionsgeschichte der heute weltweit verbreiteten Algengattung besser zu verstehen. Die von Mosbrugger beschriebene, 29 Millimeter lange, Frucht Halesia mosbruggeri stammt aus dem Miozän der Tschechischen Republik und gehört zur Gattung der Schneeglöckchenbäume.

Quelle: Senckenberg

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Wo und wie Pflanzen den Nährstoff Kalium wahrnehmen

Kaliumkonzentration in den Wurzelzellen (Zytosol) unmittelbar nach Einsetzen des Kaliummangels (Zeitreihe v. l.). Darstellung in Falschfarben: rot (höchste Konzentration) > gelb > grün > blau. Aufnahme und (c): AG Kudla, WWU

Ein deutsch-chinesisches Forschungsteam hat erstmals gezeigt, wo und wie Kalium in der Wurzel wahrgenommen wird und welche Signalwege die Anpassung des Wurzelwachstums und der Kaliumaufnahme koordinieren, damit die Kaliumversorgung der Pflanze aufrechterhalten wird. Bislang war nämlich unklar, wie Pflanzen die Verfügbarkeit von Kalium im Boden überhaupt wahrnehmen und welche Mechanismen hinter den Anpassungsreaktionen des pflanzlichen Organismus stecken. Hier bringt die neue Studie mit der Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) Licht ins Dunkel, die in der Fachzeitschrift Developmental Cell erschien. Wie sie u.a. zeigten, reagiert eine bestimmte Zellgruppe zentral innerhalb der Wurzelspitze auf den Kaliummangel in der Umgebung. „Nimmt man den Pflanzen das Kalium weg, reagieren nur die Zellen der Kalium-sensitiven Nische; die Kaliumkonzentration in den übrigen Wurzelzellen ändert sich nicht", sagt Prof. Dr. Jörg Kudla vom Institut für Biologie und Biotechnologie der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster. Bisher hatte man angenommen, dass natürlicherweise die Zellen der äußersten Zellschicht, der Epidermis, zuerst auf die Verminderung der Kaliumkonzentration im Boden reagieren würden.

Quelle: WWU

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Kurzlebige Pflanzenarten reagieren empfindlicher auf Klimawandel

Pflanzenarten mit kurzer Generationsdauer sind durch die Folgen des Klimawandels vermutlich stärker bedroht als langlebige Arten. Dies ist eines der Ergebnisse einer Studie von Forschenden des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ). Das internationale Team erfasste erstmals weltweit verfügbare Daten, vornehmlich aus Europa und Nordamerika, zur Frage, wie Pflanzenpopulationen auf Klimaänderungen reagieren. Die in Nature Communications veröffentlichte Studie zeigt, dass Pflanzenmerkmale wie die Generationsdauer Vorhersagen zu Klimaanfälligkeit ermöglichen. Diese Erkenntnis kann helfen zu bewerten, welche Pflanzenarten vorrangig geschützt werden sollten.

Quelle: iDiv

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CRISPR/Cas: Forschende schalten bis zu 12 Gene auf einmal aus

In der Arbeit nutzten die Forschenden Marker, um verschiedene Pflanzensamen voneinander zu unterscheiden. Mit bloßem Auge lässt sich kein Unterschied erkennen (links). Unter UV-Licht erscheinen transgene Samen jedoch rot, nicht-transgene grün (rechts). Aufnahmen: Jessica Lee Erickson

Viele Mutationen auf einen Streich: Mit Hilfe einer verbesserten Variante der Gen-Schere CRISPR/Cas9 lassen sich in Pflanzen bis zu zwölf Gene auf einmal ausschalten. Bislang war das nur für einzelne Gene oder kleine Gruppen möglich. Entwickelt haben den neuen Ansatz von Forschende der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Mit der Methode lässt sich das Zusammenspiel verschiedener Gene besser erforschen. Die Studie haben sie im Februar in der Fachzeitschrift The Plant Journal publiziert und heute der Öffentlichkeit vorgestellt.

Quelle: MLU

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Kommunikationslücken bei landwirtschaftlicher Biodiversität

Um negative Auswirkungen der Landwirtschaft auf die biologische Vielfalt und damit verbundene Ökosystemleistungen zu minimieren braucht es "Biodiversitäts-freundliche" Bewirtschaftung. Warum aber werden diese wissenschaftlichen Ergebnisse selten in die landwirtschaftliche Praxis umgesetzt? Laut einer aktuellen Befragung europäischer Wissenschafter*innen und Landwirt*innen liegt dies vor allem an Wissens- und Kommunikationslücken zwischen Forschung und Praxis. Die Studie wurde von Bea Maas von der Universität Wien geleitet und in der Zeitschrift Biological Conservation veröffentlicht.

Quelle: Uni Wien

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Dürren in Deutschland könnten extremer werden

Niedrigwasser der Elbe in Dresden. Foto: André Künzelmann, UFZ

Zukünftig könnten Dürren noch stärker ausfallen, als dies im Jahr 2018 in Teilen Deutschlands der Fall war. Die Analyse von Klimadaten des letzten Jahrtausends zeigt, dass mehrere Faktoren zusammenkommen müssen, damit eine Megadürre auftritt. Neben steigenden Temperaturen sind das die Sonneneinstrahlung sowie bestimmte Wetterlagen und Strömungsverhältnisse im Nordatlantik, wie sie für die Zukunft prognostiziert werden. Das berichten Forschende unter Leitung des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) jetzt im Fachmagazin Communications Earth & Environment.

Quelle: AWI

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Schlüssel zum umfassenden Gen-Pool des Roggen

Roggen wurde erst vor 5.000 bis 6.000 Jahren zu einer reinen Kulturart. Foto: KWS Lochow GmbH (2020), IPK

Roggen ist eine ausgesprochen klimaresistente Getreidepflanze, die eine erhebliche Bedeutung für Deutschland und Nordosteuropa hat. Trotz seines großen und komplexen Genoms ist es einem internationalen Forschungsteam unter Führung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) nun gelungen, das Genom von Roggen vollständig zu entschlüsseln. Die Daten wurden in zwei Artikeln im Fachjournal Nature Genetics publiziert (DOI: 10.1038/s41588-021-00807-0 und 10.1038/s41588-021-00808-z) und sind frei zugänglich. „Die im weltweiten Maßstab vergleichsweise geringe wirtschaftliche Bedeutung in Verbindung mit der großen Komplexität des Genoms haben dazu geführt, dass Roggen international weniger im Fokus der Wissenschaft gestanden hat und sein Erbgut somit erst verspätet entschlüsselt werden konnte“, erklärt Prof. Dr. Nils Stein, Leiter der Arbeitsgruppe Genomik Genetischer Ressourcen am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) und Inhaber einer Brückenprofessur an der Universität Göttingen. Dabei birgt die genetische Vielfalt des Roggen vielfältige Potenziale für die Züchtung.

Quelle: IPK (pdf)

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Ertrag von Nutzpflanzen durch Cytokinin-Abbau steuerbar

An den Rapspflanzen im Gewächshaus der FU Berlin wird die Übertragung von Erkenntnissen der Grundlagenforschung in die Anwendung überprüft. Foto: Dr. Ireen Schwarz

Durch den Abbau des Pflanzenhormons Cytokinin kann der Ertrag von Nutzpflanzen erhöht werden. So gelang einem Forschungsteam durch gezielte Veränderungen von Genen, welche für den Abbau von Cytokinin zuständig sind, die Bildung von Blüten und Schoten bei Raps anzuregen. Dies erhöhte auch das Samengewicht der Ölpflanze. Die Bedeutung der Ertragsgene beim Raps müsste dem Forschungsteam zufolge nun in weiteren Feldversuchen überprüft werden. Ihre Identifizierung könnte auch für die Züchtung von Getreidepflanzen von Bedeutung sein, denn diese verfügen über die gleichen evolutionär konservierten Gene wie Raps. Die Ergebnisse der BMBF-geförderten Studie „SEEDS“ publizierte das Team der Freien Universität Berlin unter der Leitung des Biologen Prof. Dr. Thomas Schmülling in der Fachzeitschrift Journal of Experimental Botany. Erstautorin ist die wissenschaftliche Mitarbeiterin Dr. Ireen Schwarz.

Quelle: FU Berlin

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Neue Methode zur Genom-Assemblierung bei Gerste

Bei der Gerste besteht das Genom aus ungefähr fünf Milliarden Nukleotiden. Foto: Eva Siebenhühner, IPK

Die Genome der Individuen einer Art unterscheiden sich von einander, sodass wir viel über genetische Diversität unserer Kulturpflanzen lernen können, wenn wir ihre Genome vergleichen. Forscher, die viele Genome untersuchen, benötigen allerdings eine schnelle und zuverlässige Methode für die Sequenzassemblierung. Ein internationales Forschungsteam unter Führung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) hat nun eine neue Methode der DNA-Sequenzierung untersucht. Die Ergebnisse, die jetzt im Magazin The Plant Cell veröffentlicht wurden, sind dabei sehr vielversprechend. Die Wissenschaftler hoffen nun, die Methode künftig auch für die Assemblierung weiterer Gersten-Genome nutzen zu können.

Quelle: IPK (pdf)

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Künstliches Licht beeinflusst die Pflanzenbestäubung auch am Tag

Künstliches Licht in der Nacht verändert die Anzahl der Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen auch tagsüber. Foto: UZH / Agroscope

Strassenlaternen verändern die Anzahl der Blütenbesuche von Insekten nicht nur nachts, sondern auch tagsüber. Künstliches Licht in der Nacht beeinflusst somit indirekt die gesamte Gemeinschaft von Bestäubern und Pflanzen – mit unbekannten Folgen für das Ökosystem, wie Forschende von Universität Zürich (UZH) und Agroscope erstmals nachweisen. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Nature Communications.

Quelle: UZH

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Photosynthese-Anpassung an unberechenbare Klimabedingungen

Die Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf die Mittagsblumen-Gattung Drosanthemum, wie hier eine Drosanthemum wittebergensis am Swartbergpass in Südafrika. Foto: H.E.K. Hartmann

In trockenen Gebieten verlegen einige Pflanzen Aufnahme von CO2 in die Nacht, damit sie tagsüber ihre Spaltöffnungen geschlossen halten und die Verdunstung von Wasser verringern können. In welchem Umfang Pflanzen die fakultative CAM-Photosynthese für ihren Energiehaushalt nutzen, hängt auch von der Unregelmäßigkeit der Niederschläge ab, zeigen Forschende der Universität Bayreuth, der Universität Hohenheim und der Stellenbosch University in Südafrika nun in der Zeitschrift New Phytologist. Bisher war bekannt, dass eine geringe jährliche Niederschlagsmenge Pflanzen dazu veranlasst, die Aufnahme von CO2 teilweise auf die Nachtstunden zu verschieben. Aber auch die zunehmende Unberechenbarkeit der Wasserversorgung in einigen Gebieten, wie etwa dem südlichen Namibia, führt zu einem Anstieg der CAM-Photosynthese: Arten, die aus Gebieten mit regelmäßigeren Niederschlägen stammen und bisher nur im Tageslicht Photosynthese betrieben haben, steigen teilweise auf CAM-Photosynthese um, wenn sie in Gebiete mit unberechenbarem Niederschlag vordringen. Diese neuen Erkenntnisse haben die Forscher*innen bei vergleichenden Untersuchungen an Mittagsblumengewächsen (Aizoaceae) gewonnen, die in Küstenregionen Südafrikas und Namibias heimisch sind.

Quelle: Uni Bayreuth

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Ältester Palmfarn weltweit

Mit 280 Millionen Jahren ist das Stück das älteste anatomisch erhaltene Fossil einer Pflanze aus der Ordnung der Cycadales. Foto: Senckenberg

Forschende haben das weltweit älteste anatomisch erhaltene Fossil eines Palmfarns aus der „Irati Formation“ in Brasilien beschrieben. Der etwa 280 Millionen Jahre alte baumförmige Stamm ist ein Hinweis, dass diese Samenpflanzen sehr viel früher weltweit verbreitet waren, als es bislang angenommen wurde. „Unsere neueste Entdeckung zeigt, dass diese Pflanzen schon vor 280 Millionen weiter verbreitetet waren, als bisher vermutet“, erklärt Rafael Spiekermann, Doktorand am Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt. Die Studie der Wissenschaftler*innen von Senckenberg und brasilianischer Universitäten erschien im Fachjournal Review of Palaeobotany and Palynology

Quelle: Senckenberg

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Eichen zeigen: Europa erlebt seit 2015 die schlimmste Sommer-Trockenperiode der letzten zwei Jahrtausende

Sommertrockenheit der vergangenen 2100 Jahre. Grafik und (c): Ulf Büntgen, Uni Mainz

Die Trockenheit der vergangenen Sommer war in Europa schlimmer als je zuvor in den letzten 2100 Jahren. Zu diesem Ergebnis kommt eine neue Studie, die ein internationales Forschungsteam erstellt hat. Das Team untersuchte den chemischen Fingerabdruck von europäischen Eichen, um das Sommerklima während 2110 Jahren zu rekonstruieren. Demnach bestand ein langfristiger Trend zur Trockenheit, aber seit 2015 hat sich die Dürresituation plötzlich verschärft – weit heftiger als in den 2000 Jahren zuvor. Diese Abweichung ist vermutlich das Ergebnis des vom Menschen verursachten Klimawandels und den damit verbundenen Veränderungen des Jetstreams in der Atmosphäre. Die Ergebnisse der Studie von Forschenden der Johannes Gutenberg-Universität Mainz wurden in dem Fachjournal Nature Geoscience veröffentlicht.

Quelle: JGU

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Beziehungsstatus: komplex

Zwei aktuelle, gleichzeitig publizierte Arbeiten eines internationalen Forscherteams liefern neue Erkenntnisse über Immunantworten von Pflanzen auf Bakterien. Die beiden Artikel verändern grundlegend die Art und Weise, wie die Wissenschaft bisher die Beziehung einer bakteriellen Antigenkomponente zu ihrem pflanzlichen Immunrezeptor betrachtet hat. Die in der Zeitschrift Cell Host & Microbe veröffentlichten Arbeiten (https://doi.org/10.1016/j.chom.2021.02.008 und https://doi.org/10.1016/j.chom.2021.02.006) decken einen koevolutionären Mechanismus zwischen Bakterien und Pflanzen auf und erklären auch komplexe Immunantwortmuster, die in freier Wildbahn beobachtet werden. Beteiligt waren Forscherinnen und Forscher des Wiener Gregor Mendel Instituts für molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (GMI), der University of North Carolina at Chapel Hill (UNC-Chapel Hill) und des Howard Hughes Medical Institute (HHMI) (beide USA).

Quelle: GMI

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47 Millionen Jahre alter Pollen im Bauch einer Fliege

Im Körper der fossilen Fliege befinden sich Massen von Pollen: Aufwölbung rechts im 3D-Relief rot sichtbar gemacht, links gelb die Probenahmestellen. Quelle: Senckenberg

Ein internationales Team von Wissenschaftler*innen um Fridgeir Grímsson von der Universität Wien sowie Erstautorin Sonja Wedmann von Senckenberg hat eine bisher unbekannten fossile Fliegenart gefunden, die aus alten Seesedimenten der Grube Messel stammen, einem UNESCO-Weltkulturerbe in Deutschland. Im Magen des fossilen Insekts wiesen die Forscher*innen Pollen von verschiedenen Pflanzen nach, die seltene Einblicke in das Fressverhalten, die damalige Ökologie und die Rolle der Fliege als Bestäuberin ermöglichen. Die am häufigsten im Bauch vorkommenden Pollen stammten von Decodon (Wasserweide) und Parthenocissus (Wilder Wein oder Jungfernrebe). Die Studie publizierte das Team in der Fachzeitschrift Current Biology.

Quelle: Uni Wien

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Welches Molekül Wachstumsprozesse zugunsten der Schädlingsabwehr vermindert

Der MEP-Stoffwechselweg wird durch Fraßschaden verlangsamt. Grafik: Kimberly Falk, Moves Like Nature

Pflanzen der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana bilden bei Schädlingsbefall Beta-Cyclocitral. Dieses flüchtige Signalmolekül verstärkt die Verteidigung während es die Bildung wachstumsrelevanter Stoffe hemmt, indem es den MEP-Stoffwechselweg verlangsamt. Das berichten Forschende vom Jenaer Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in der Fachzeitschrift PNAS. Da der Methylerythritol-4-Phosphat-Weg (MEP) nur in Pflanzen und Mikroorganismen vorkommt, nicht aber in Tieren, eröffnen Kenntnisse über ein Signalmolekül wie Beta-Cyclocitral neue Möglichkeiten zur Entwicklung von Pflanzenschutzmitteln oder antimikrobiellen Wirkstoffen, die diesen Signalweg blockieren.

Quelle: MPI für chemische Ökologie

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Wasser-Management entscheidend für Bioenergie-Anbau zum Klimaschutz

Damit Wasser nicht noch knapper wird, als es ohnehin vielerorts ist, ist bei Biomasseplantagen nachhaltiges Wassermanagement nötig. Dies zeigt eine neue Studie. Wenn der Anbau von Pflanzen für die Energiegewinnung in Kraftwerken mit unterirdischer Speicherung des CO2 aus den Abgasen kombiniert wird, gilt er oft als eine der Möglichkeiten, Treibhausgasemissionen zu reduzieren und die Pariser Klimaziele zu erreichen. Doch der Anbau von Bioenergieplantagen im großen Stil benötigt weltweit nicht nur viel Land, sondern auch erhebliche Mengen an Wasser für die Bewässerung – was im Widerspruch mit der Einhaltung der Planetaren Belastungsgrenzen stehen kann. Forschende u.a. des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) berechneten nun in den bisher detailliertesten Computersimulationen, wie viel zusätzlicher Wasserstress für die Bevölkerung weltweit in einem Szenario mit konventioneller Bewässerung und einem mit nachhaltiger Wassernutzung entstehen könnte. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Nature Climate Change.

Quelle: PIK

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Artenspürhunde eignen auch für die Suche nach Pflanzen

Annegret Grimm-Seyfarth mit Artenspürhund „Zammy“, einem Border Collie. Foto: André Künzelmann, UFZ

Häufig lässt sich nur schwer herausfinden, wo genau die einzelnen Arten noch vorkommen und wie sich ihre Bestände entwickeln. Speziell ausgebildete Artenspürhunde können in solchen Fällen eine wertvolle Hilfe sein, zeigt eine neue Übersichtsstudie. Mithilfe der vierbeinigen Helfer lassen sich die gesuchten Arten meist schneller und effektiver finden als mit anderen Methoden, berichten Dr. Annegret Grimm-Seyfarth vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) und ihre Kolleginnen im Fachjournal Methods in Ecology and Evolution. Die meisten Hunde erschnüffelten demzufolge andere Tiere. Doch auch 42 Pflanzen-, 26 Pilz- und 6 Bakterienarten, haben die Hunde aufgespürt, etwa invasive Pflanzen wie Staudenknöterich und Ambrosia. „Im Prinzip kann man alle Hunderassen für solche Aufgaben ausbilden“, sagt Annegret Grimm-Seyfarth. „Nur ist das bei manchen eventuell aufwendiger als bei anderen.“

Quelle: UFZ

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Reis-Variante trotzt Arsen-Akkumulation

Reispflanze astol1. Foto: Sheng-Kai Sun, Nature Communications

Der landwirtschaftliche Anbau des Grundnahrungsmittels Reis birgt das Risiko einer möglichen Belastung mit Arsen, das über die Wurzeln in die Körner gelangen kann. Ein deutsch-chinesisches Forschungskonsortium unter der Leitung von Prof. Dr. Rüdiger Hell von der Universität Heidelberg und Prof. Dr. Fang-Jie Zhao von der Landwirtschaftlichen Universität Nanjing hat nun bei der Untersuchung von über 4.000 Reisvarianten eine Pflanze entdeckt, die dem Giftstoff trotzt. Obwohl sie auf arsenbelasteten Feldern gedeiht, enthalten ihre Körner dennoch deutlich weniger Arsen als andere Reispflanzen. Zugleich verfügt diese Variante über einen hohen Anteil des Spurenelements Selen, wie das Konsortium in der Fachzeitschrift Nature Communications berichtet. Was diese Reisvariante mit dem Namen astol1 biologisch auszeichnet, ist eine Punktmutation in nur einem Protein: „Dieses Protein ist Teil eines Sensor-Komplexes und kontrolliert die Bildung der Aminosäure Cystein, die ein wichtiger Grundstoff für die Herstellung von Phytochelatinen ist. Diese Substanzen besitzen eine entgiftende Wirkung und werden von Pflanzen als Reaktion auf Schadstoffe gebildet, um diese zu neutralisieren“, erklärt Prof. Hell.

Quelle: Uni Heidelberg

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Blühflächen und Biodiversität in Agrarlandschaften

Bei der Artenvielfalt spielt das Alter der Blühfläche eine wichtige Rolle. Hier ein junges Habitat. Foto: Fabian Bötzl. JMU

Die Artenvielfalt von Blühflächen, die im Rahmen von Agrarumweltprogrammen angelegt werden, haben Forschende aus der Würzburger Biologie in einer ungewöhnlich breiten Studie untersucht. grarumweltprogramme auf Bundesland- bis EU-Ebene versuchen dem Biodiversitätsverlust entgegen zu wirken. Geförderte Maßnahmen sind u.a. Blühflächen. „Allerdings weiß man bislang nicht genau, ob und in welchem Maß diese Habitate den gewünschten Effekt auf die Biodiversität haben“, sagt Professor Ingolf Steffan-Dewenter der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU). Um hier mehr Klarheit zu schaffen, startete er im Jahr 2016 eine großangelegte Feldstudie über die Artenzusammensetzung unterschiedlicher Blühflächentypen in landwirtschaftlich geprägten Räumen im nördlichen Unterfranken. Als Vergleichsmaßstab zogen sie die in dieser Region vorkommenden, naturnahen Kalkmagerrasen heran, die unter Naturschutz stehen. Insgesamt zwölf taxonomische Gruppen wurden untersucht – von Gefäßpflanzen über Zikaden, Bienen, Fliegen, Schmetterlingen und Käfern bis hin zu Vögeln. Bei der Auswertung zeigte sich, dass mit der zeitlichen Kontinuität der Habitate in den meisten taxonomischen Gruppen die Diversität zunimmt. Die Ergebnisse sind jetzt in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht. Fazit: Es gibt keinen idealen Blühflächentyp, der alle Arten gleich gut unterstützt. Will man möglichst alle in Frage kommenden Tier- und Pflanzenarten schützen, empfehlen sich in der Agrarlandschaft gut verteilte Blühflächen mit unterschiedlichem Alter.

Quelle: JMU

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News · Forschungsergebnis

Wie Pflanzen das polare Wachstum regulieren

Keimlinge, die mit dem Auxin-Fluss hemmenden Stoff NPA behandelt wurden. Foto und (c): U. Hammes, TUM

Der Pflanzenspross wächst zum Licht und Wurzeln wachsen in den Boden. Wie die molekularen Mechanismen funktionieren, die diese Prozesse über das Hormnon Auxin steuern, hat ein Team der Technischen Universität München (TUM) in Zusammenarbeit mit zwei Wiener Arbeitsgruppen Anfang Januar im Fachjournal PNAS genauer vorgestellt und dazu die Wirkungsweise des Stoffes Naptalam (NPA) - das den gerichteten Auxin-Fluss hemmt - geschildert. „Wir können jetzt den molekularen Mechanismus, mit dem polares Wachstum der Pflanzen pharmakologisch gestört werden kann, eindeutig erklären“, resümiert PD Dr. Ulrich Hammes von der Technischen Universität München (TUM). Die Wiener Arbeitsgruppen in Wien konnten zeigen, dass NPA die Transporter nicht nur bindet, sondern auch verhindert, dass die Transporter aneinander binden können. „Dieser Mechanismus des Aneinanderbindens scheint bei der Familie von Auxintransportern universell zu gelten, da wir den Effekt in allen untersuchten Transportern beobachten konnten“, sagt Martina Kolb, Erstautorin der Studie aus Wien.

Quelle: TU München

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Klimawandel gefährdet den europäischen Wald

Durch Borkenkäfer befallene und getötete Fichten in der Triglav Region Sloweniens im Jahr 2020. Foto: Dr. Henrik Hartmann

In den letzten Jahren haben die europäischen Wälder stark unter den extremen Klimabedingungen und deren Folgen gelitten. Weit mehr als die Hälfte der europäischen Walder ist potenziell durch Windwurf, Waldbrand, Insektenplage oder einer Kombination daraus gefährdet. Das ist das Ergebnis einer Studie eines internationalen Forschungsteams unter Beteiligung von Dr. Henrik Hartmann vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie. Unter Verwendung von Satellitendaten und künstlicher Intelligenz untersuchten sie die Anfälligkeit gegenüber Störungen im Zeitraum zwischen 1979 und 2018. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Nature Communications.

Quelle: MPI für Biogeochemie

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Klima-Wirkung auf Pflanzen mitunter erst nach Jahren sichtbar

Die Auswirkungen von Klimaelementen wie Temperatur und Niederschlag auf die Pflanzenwelt werden möglicherweise erst Jahre später sichtbar. Dies ist ein zentrales Ergebnis einer Studie unter Leitung des Deutschen Zentrums für Biodiversitätsforschung (iDiv), der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), die am 16. Februar im Fachmagazin Global Change Biology veröffentlicht und heute der Öffentlichkeit vorgestellt wurde. Demnach könnten klimatische Elemente langfristig einen stärkeren Einfluss auf das Überleben, das Wachstum und die Vermehrung von Pflanzen haben als frühere Studien nahelegen.

Quelle: iDiv

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Süße Algen-Partikel widerstehen hungrigen Bakterien

Diese hochauflösende Airyscan Aufnahme zeigt das Fucose enthaltende sulfierte Polysaccharid (FCSP, sichtbar in Grün) rund um die Zellen der kettenbildenden Kieselalge Chaetoceros socialis und ihrer Nadeln. Aufnahme: Silvia Vidal-Melgosa, MPI für Marine Mikrobiologie

Eher süß als salzig: Mikroalgen im Meer produzieren jede Menge Zucker während der Algenblüten. Diese enormen Mengen an Biomasse werden normalerweise durch marine Bakterien sehr schnell recycelt – ein Abbauprozess, der einen wichtigen Teil des globalen Kohlenstoffkreislaufs ausmacht. Besonders Zucker galt lange als leckere, leicht verdauliche Speise für hungrige Mikroben und deshalb als wenig geeignet für die natürliche Speicherung von Kohlenstoff. Forschende vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen haben aber nun entdeckt: Es gibt einen Zucker in Algen, der dem mikrobiellen Abbau widersteht und so deutlich mehr Kohlenstoff in die Tiefsee transportieren könnte als bisher angenommen, wie sie im Fachmagazin Nature Communications berichten.

Quelle: MPI für Marine Mikrobiologie

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News · Forschungsergebnis

Wein profitiert vom gleichzeitigen Anbau mit Oregano und Thymian

Thymian blüht unter den Reben. Foto: Universität Trier

Drei Jahre lang haben Forschende der Universität Trier versuchsweise Thymian und Oregano unter Rebstöcke an der Saar angebaut, um Erosion zu vermeiden, die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten sowie den Ausstoß von Treibhausgasen zu minimieren. Zwar konnte das Forschungsprojekt eine Konkurrenz zwischen den Kräutern und den Reben hinsichtlich Wasser und Nährstoffen feststellen. Zwar wurde durch den Anbau aromatischer Kräuter die Produktivität der Reben geringfügig reduziert, aber dieser leicht negative Effekt wird durch die klare Verbesserung der Mostqualität ausgeglichen. Durch einen hohen Öchslegrad und den richtigen Säuregehalt sind die Grundvoraussetzungen für einen sehr guten Wein. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Agriculture.

Quelle: Uni Trier

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42.000 Jahre alte sub-fossile Bäume ermöglichen genauere Analyse der letzten Umpolung des Erdmagnetfelds

Alter Kauri-Baum aus Ngawha, Neuseeland. Foto: Nelson Parker

Vor 42.000 Jahren fand die letzte vollständige Umpolung des Erdmagnetfeldes statt, das sogenannte Laschamps-Ereignis. Radiokarbon-Analysen der Überreste von Kauri-Bäumen aus Neuseeland ermöglichen nun erstmals eine genaue zeitliche Einordnung und Analyse dieses Ereignisses und der damit verbundenen Effekte, sowie die Kalibrierung geologischer Archive wie Sediment- und Eisbohrkerne aus dieser Zeit. Darauf basierende Simulationen ergeben, dass die starke Reduktion des Magnetfeldes erhebliche Auswirkungen in der Erdatmosphäre hatte. Kauri-Bäume können mehrere tausend Jahre alt werden und zeichnen während ihres Wachstums jährliche Variationen des atmosphärischen Radiokarbongehalts auf, welche das Forschungsteam präzise gemessen hat. Die Ergebnisse zeigt ein internationales Team um Chris Turney von der Australischen University of New South Wales, unter Beteiligung von Norbert Nowaczyk vom Deutschen GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) und Florian Adolphi vom Alfred-Wegener-Institut in einer Studie, die jetzt im Fachmagazin Science erscheint.

Quelle: GFZ

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Resilienz im pflanzlichen Immunsystem

Lennart Mohnike sammelt Blattmaterial von bakteriell infizierten Pflanzen. Foto: Philipp William Niemeyer, Uni Göttingen

Wie bauen Pflanzen eine Resilienz auf? Ein internationales Forschungsteam hat die molekularen Mechanismen des pflanzlichen Immunsystems untersucht. Das Team des 2016 gegründeten Internationalen Graduiertenkollegs „PRoTECT“ konnte einen Zusammenhang zwischen einem relativ unbekannten Gen und der Resistenz der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) gegenüber Krankheitserregern aufzeigen. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift The Plant Cell erschienen. „Uns ist es gelungen, den molekularen Zusammenhang zwischen dem Genprodukt und der Inaktivierung der Säuren bei normalem Pflanzenwachstum zu entschlüsseln“, resümiert Prof. Dr. Ivo Feußner vom Göttinger Zentrum für Molekulare Biowissenschaften. „Die grundlegenden Ergebnisse können damit Züchterinnen und Züchtern dienen, weniger anfällige Pflanzen zu isolieren“, sagt Lennart Mohnike, Erstautor der Studie, „dies bietet einen wichtigen Lösungsansatz zur Erhöhung der Nahrungsmittelsicherheit und könnte einen reduzierten Pestizidgebrauch zur Folge haben“.

Quelle: Uni Göttingen

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Optogenetische Kontrolle des Pflanzenwachstums

Erfolg mit zwei zusätzlichen Genen: Normalerweise wachsen Pollenschläuche in Richtung Eizelle. Bei genetisch veränderten Zellen ändert sich die Wachstumsrichtung je nach Lichteinfall. Grafik: Kai Konrad

Dem Team um Professor Georg Nagel, Mitbegründer der Optogenetik, Dr. Shiqiang Gao und Dr. Kai Konrad der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) ist es gelungen, optogenetische Verfahren in Tabakpflanzen anzuwenden. Vitamin-A (all-trans-Retinal) wird nun in Tabakpflanzen mittels eines eingebrachten Enzyms aus einem marinen Bakterium produziert, was einen verbesserten Einbau von Rhodopsin in die Zellmembran ermöglicht. Der Einbau in Pflanzen erlaubt nun erstmals eine nicht-invasive Manipulation von intakten Pflanzen oder ausgewählten Zellen durch Licht über das sogenannte Anionenkanal-Rhodopsin GtACR1. Die Ergebnisse ihrer Arbeit stellen sie in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Plants vor.

Quelle: Uni Würzburg

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Membran-Lipide steuern Zellwachstum entscheidend mit

Ein Pollenschlauch, der aus einem Pollenkorn wächst (Grün: Enzym, das für die Produktion des Lipids verantwortlich ist, welches das Zellwachstum beeinflusst, Magenta: Zytoskelett). Aufnahme: Marta Fratini

Manche Lipide haben neben dieser strukturellen Funktion aber auch regulatorische Wirkungen und üben entscheidenden Einfluss auf das Wachstum von Zellen aus. Das zeigen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in einer Studie, die sie in The Plant Cell veröffentlicht haben. Die Wirkung hängt insbesondere davon ab, wie diese Lipide auf der Zellmembran verteilt sind, schreibt das Team um Prof. Dr. Ingo Heilmann, Leiter der Abteilung Pflanzenbiochemie an der MLU, über ihre an Pollenschläuchen gewonnenen Ergebnisse. Das Phospholipid mit dem Namen Phosphatidylinositol 4,5-Bisphosphat ("PIP2") ist "entweder diffus und ohne erkennbares Muster über die gesamte Spitze des Pollenschlauchs verteilt oder in dynamischen kleinen Nanodomänen konzentriert", erklärt Dr. Marta Fratini, Erstautorin der Studie. "Soweit ich weiß, führt unsere Untersuchung zum ersten Mal die regulatorische Funktion eines Lipids auf seine räumliche Verteilung in der Membran zurück", resümiert Heilmann.

Quelle: MLU

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Evolution der Getreideähren

Frühes Entwicklungsstadium der Ähre in einer „intermedium-m (int-m)“-Mutante in Gerste. Grün markiert ist das Meristem der Hüllspelze, das ein endständiges Blütchen umschließt. Aufnahme: Jinshun Zhong, HHU

Forschende entdeckten verschiedene Mutanten der Gerste, die weizenähnliche Ähren aufweisen. In der Fachzeitschrift PNAS stellt das Forschungsteam um Prof. Dr. Maria von Korff Schmising von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) mit dem Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln die Funktion eines Gens vor, das für die Unterschiede der verschiedenen Ährenformen von Weizen und Gerste mitverantwortlich ist. Dieses Gen kontrolliert die Aktivität der Ähren- und Blütchenmeristeme und damit die Anzahl der Blütchen und Körner pro Ähre. Die Mitgliedern des Exzellenzclusters CEPLAS identifizierten zwei Gerstenmutanten mit den Namen „intermedium-m“ und „double seed 1“, die eine weizenähnliche Ährenform mit einem terminalen Blütchen – hier endet die Ähre, weil das Meristem aufgebraucht ist – und einer reduzierten Anzahl von Seitenblütchen pro Ähre bilden. Dabei trägt das Gen INT-M/DUB1 dazu bei, dass die Meristemidentität aufrechterhalten und die Differenzierung der Meristeme unterdrückt werden. So bleibt die Fähigkeit des Ährenmeristems erhalten, an den Seiten weiter Blütchenmeristeme zu bilden.

Quelle: HHU

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Nanokugeln zum Kräftemessen mit Zellmotoren

Ein Video bei YouTube veranschaulicht wie der Kinesin-Motor ein Vesikel an einem Mikrotubulus entlang bewegt. Video: Erik Schäffer Lab bei YouTube. Um das Video zu aktivieren, klicken Sie bitte auf das Bild. Wir weisen Sie darauf hin, dass durch den Start des Videos Daten an YouTube übermittelt werden.

Wie das Motorprotein Kinesin nano-Schritte macht und mechanisch funktioniert, haben Forschende im Fachmagazin Science dargelegt. Das Team um Professor Erik Schäffer von der Universität Tübingen verfolgt mit eigens dazu entwickelten Spezialmikroskopen, „optischen Pinzetten“, wie die molekularen Maschinen ihre Arbeit verrichten. Diese Technologie hat sein Team am Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP) nun weiter verfeinert. Mit höher auflösenden, speziellen Sonden, den Germanium-Nanokugeln, lassen sich sowohl Bewegungen als auch die Kräfte eines Motorproteins messen. Ein Video dazu hat das Team auf YouTube veröffentlicht.

Quelle: Uni Tübingen

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Hypericin aus Johanniskraut als grüner Katalysator

Die Blüten des Johanniskrauts (Hypericum perforatum) haben nicht nur heilende, sondern auch katalytische Wirkung. Foto: Julia Naumann

Ein interdisziplinäres Team aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Biologie und der Anorganischen Chemie der TU Dresden hat in einem aktuellen Projekt erstmals getrocknete Blüten des Johanniskrautes (Gattung Hypericum) als aktiven Katalysator in verschiedenen photochemischen Reaktionen eingesetzt. Der Pflanzeninhaltstoff Hypericin, ein Sekundärmetabolit aus dem Johanniskraut, wird als die aktive Verbindung in chemischen Reaktionen genutzt, ohne dass er vorher chemisch aufbereitet werden muss. Dieses konzeptionell neue und nachhaltige Verfahren des Teams um Botaniker Prof. Stefan Wanke und Chemiker Prof. Jan. J. Weigand wurde als deutsches Patent angemeldet und in der Fachzeitschrift Green Chemistry vorgestellt.

Quelle: TU Dresden

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Ökologische Interaktion als Treiber der Evolution

Die Raupen der Schwalbenschwanz-Schmetterlinge fressen Pflanzen aus der Gruppe der Apiaceae, zu denen etwa Karotten, Sellerie oder Fenchel zählen, und die Toxine enthalten. Foto: Fabien L. Condamine

Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Botanikers Prof. Stefan Wanke von der TU Dresden hat in einer Studie, die Entstehung der Mega-Diversität pflanzenfressender Insekten untersucht. Diese machen ein Viertel der terrestrischen Vielfalt aus. Die Ergebnisse der Studie wurden Mitte Januar in der internationalen Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht und heute der Öffentlichkeit vorgestellt. Darin zeigen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, dass der evolutionäre Erfolg von Insekten mit wiederkehrenden Veränderungen der Wirtspflanzen zusammenhängen könnte.

Quelle: TU Dresden

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Wie Bakterien die Anzucht von Teakbäumen in Afrika erleichtern

Ein Team der Universität Bremen hat bei Forschungen im südlichen Afrika Bakterien entdeckt, die dabei helfen können, die begehrten Teak-Bäume (Pterocarpus angolensis) zu züchten. Das ist ein wichtiger Beitrag zur nachhaltigeren lokalen Nutzung des wertvollen Holzes. Dazu führten die Forschenden über mehrere Jahre ein Screening der Knöllchenbakterien an Teak durch und konnten zum ersten Mal Bakterien finden, die eine Symbiose mit dem Baum eingehen, über die Sie Ende Januar im Fachmagazin Frontiers in Microbiology berichten. Aus diesen Ergebnissen könnte „Biodünger“ entwickelt werden: Im Labor vermehrte Bakterien werden zu den Samen Hülsenfrüchten gegeben, um hoffentlich in Baumschulen schnell Symbiosen eingehen zu können und so die Anzucht von Keimlingen zu erleichtern.

Quelle: Uni Bremen

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Wälder der Erde in 3D

Mit Lasern scannen die Forscherinnen und Forscher die Baumstruktur, hier die Struktur eines Urwaldes. Foto: Dominic Seidel

Urwälder sind für die Artenvielfalt und globale Stoffkreisläufe von großer Bedeutung. Die dreidimensionale Struktur der Wälder spielt dabei eine wichtige Rolle, weil sie Stoffaustauschprozesse mit der Atmosphäre beeinflusst und verschiedenen Arten Lebensraum bietet. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Göttingen ist der Frage nachgegangen, welche Vielfalt an unterschiedlich komplexen Strukturen in den Wäldern der Welt zu finden ist, und welche Faktoren diese Vielfalt erklären können. Die Ergebnisse veröffentlichten sie am 22. Januar in der Fachzeitschrift Nature Communications und stellten sie heute der Öffentlichkeit vor.

Quelle: Uni Göttingen

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Korallen verhungern, noch bevor sie bleichen

Korallenbleiche in einem Riff im Roten Meer. Foto: Anna Roik

Die sogenannte Korallenbleiche führt gegenwärtig zu einem weltweiten Massensterben von Korallen. Bedingt durch den Klimawandel nehmen Korallen eine milchig-weiße Färbung an, beziehen zu wenig Nährstoffe und verhungern in aller Regel. In besonders warmen Jahren sind im Pazifik oft kilometerlange „Korallenfriedhöfe“ aus gebleichten Korallen zu beobachten. Bei der Erforschung der Ursachen der Korallenbleiche stellte nun ein Forschungsteam um den Konstanzer Biologen Prof. Dr. Christian Voolstra fest, dass das Verhungern der Korallen bereits vor dem eigentlichen Bleichen beginnt. Die Ursache des Korallensterbens ist demnach eine gestörte Symbiose zwischen Korallen und Algen, welche der Korallenbleiche vorausgeht. „Die Korallenbleiche leitet das Sterben der Korallen nicht erst ein, sondern ist vielmehr der finale Phänotyp eines ins Ungleichgewicht geratenen Nährstoffaustausches zwischen Koralle und symbiotischen Algen“, schildert Voolstra. Die Forschungsergebnisse, die aktuell im Wissenschaftsjournal PNAS veröffentlicht wurden, könnten einen Paradigmenwechsel bei der Bekämpfung der Korallenbleiche einleiten.

Quelle: Uni Konstanz

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Ozon setzt Wald in Mittelgebirgen auch im Winter unter Stress

Ganzjähriger Ozonstress, Trockenheit und andere Umweltbelastungen schädigen den Baumbestand von Mittelgebirgswäldern. Foto: TU Bergakademie Freiberg

Die Ozonbelastung im Erzgebirge nimmt seit Ende der 1990er Jahre auch im Winterhalbjahr nicht ab. Das haben Forschende der TU Bergakademie Freiberg in einer aktuellen Studie im Fachjournal Geochemistry – Chemie der Erde geschildert. In der Folge leiden die Wälder ganzjährig unter dem Ozon-Stress. Und das obwohl die Luft in Mitteleuropa insgesamt sauberer geworden ist.

Quelle: TU Bergakademie Freiberg

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Blütenvielfalt konnte Insektizid-Effekte auf Rote Mauerbiene ausgleichen

Überblick eines Versuchsaufbaus, mit dem das Forschungsteam die Reproduktion der Bienen untersucht hat. Foto: Felix Klaus

Eine höhere Blühpflanzenvielfalt erhöht den Bruterfolg von Wildbienen und könnte helfen, negative Effekte von Insektiziden auszugleichen. Das haben Forschende der Universitäten Göttingen und Hohenheim sowie des Julius-Kühn-Instituts in einem groß angelegten Experiment mit der bedeutsamen Wildbiene Osmia bicornis (Rote Mauerbiene) festgestellt. Ihre Ergebnisse publizierten sie in der Fachzeitschrift Ecology Letters.

Quelle: Uni Göttingen

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News · Forschungsergebnis

In Niedersachsen wuchs im Eozän kein Tropenwald

Pollenkorn eines Buchsbaumgewächses aus Schöningen. Aufnahme: Senckenberg

Pollenanalysen offenbaren gemäßigtes Klima im Nordwesten Deutschlands während des frühen Eozäns. Das berichten Senckenberger Paleobotaniker*innen nach Ihrer Analyse eines etwa 55 Millionen Jahre altes Kohleflözes aus der Zeit des frühen Eozäns im ehemaligen Braunkohleabbaugebiet des niedersächsischen Landkreises Helmstedt. In ihrer kürzlich im Fachjournal PLoS ONE erschienenen Studie zeigen sie anhand von Pollenanalysen, dass der Nordwesten Deutschlands zu dieser Zeit von einem warm-gemäßigten Klima geprägt war. Dies steht im Unterschied zu anderen Zeitabschnitten des Eozäns, in denen überwiegend ein sehr warmes Treibhausklima vorherrschte.

Quelle: Senckenberg

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Redox-Switch reguliert NADP-Malat-Dehydrogenase bei Licht-Änderungen

Verschiedene Arabidopsis-Pflänzchen; oben: Wildform; Mitte: Kontrollgruppe; unten: mit ausgeschaltetem Enzym. Foto: Tokyo Tech

Wie die Enzymaktivitäten in den Chloroplasten bei unterschiedlichen Lichtintensitäten reguliert werden, haben Forscherinnen und Forscher vom Tokyo Institute of Technology und vom HHU-Institut für Biochemie der Pflanzen um Prof. Dr. Andreas Weber untersucht. Dazu nutzen sie die Genschere CRISPR/Cas9 und entfernten mit chirurgischer Präzision einen kleinen Abschnitt im genetischen Code der Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Dieser ist für die Regulation des Enzyms Malat-Dehydrogenase zuständig. Indem der sogenannte Redox-Switch im Enzym ausgeschaltet wird, kann die Zelle dies nicht mehr im Chloroplast regulieren. Die so veränderten Arabidopsis-Pflanzen setzten sie unterschiedlichen Lichtbedingungen aus, sowohl unterschiedlichen Intensitäten als auch variierenden Hell-Dunkel-Zyklen. Die Ergebnisse bestätigten, dass der Redox-Switch das Enzym während Dunkelphasen oder solchen mit wenig Licht abschaltet. Überraschenderweise wuchsen die Pflanzen ohne Redox-Switch kaum anders als die Kontrollgruppen. Sie waren lediglich dann im Wachstums eingeschränkt, wenn bei den simulierten Tagen die Tageszeitdauer sehr kurz war oder aber wenn die Lichtbedingungen sehr stark schwankten. Prof. Weber resümiert: „Die Arbeit zeigt die Bedeutung der Redox-Regulation von Enzymaktivitäten in Chloroplasten für eine kontinuierliche Anpassung von Pflanzen an sich dynamisch ändernde Umweltbedingungen, insbesondere die Lichtbedingungen. Hierüber können möglicherweise in der Folge auch Pflanzen speziell auf unterschiedliche Lichtbedingungen angepasst werden, so dass verschiedene Varianten in unterschiedlichen Anbaugebieten gute Erträge liefern.“ Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal PNAS.

Quelle: HHU

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Übersehene kleine Proteine in Cyanobakterien

Die Photosynthese steht am Beginn praktisch aller Nahrungsketten. Auch Cyanobakterien nutzen Licht als Energiequelle und können wie Pflanzen Photosynthese betreiben. Grafik: Wolfgang Hess

Cyanobakterien nutzen Licht als Energiequelle und können wie Pflanzen Photosynthese betreiben. Allerdings binden die dafür benötigten Proteinkomplexe sehr viele Nährstoffe. Ein Team um Vanessa Krauspe und Prof. Dr. Wolfgang Hess von der Arbeitsgruppe für Genetik und Experimentelle Bioinformatik der Fakultät für Biologie der Universität Freiburg hat das bisher unbekannte kleine Protein NblD entdeckt, welches dabei helfen kann, diese Nährstoffe zu recyceln. Diese neue Erkenntnis stellen die Forschenden in der Fachzeitschrift PNAS vor.

Quelle: Uni Freiburg

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Neue, vermutlich ausgestorbene Flechtenart in Herbarium entdeckt

Vorsichtig angefeuchtete Lagerlappen des zum Teil über hundert Jahre alten Herbarmaterials von Cora timucua zeigen, wie die Flechte im frischen Zustand in der Natur wohl anzutreffen wäre. Auf der Unterseite bildet die Art ein für krustenförmige Ständerpilze charakteristisches, weissliches Hymenophor, in welchem die Sporen des Pilzpartners produziert werden. Foto: R. Lücking, BGBM

Um neue Arten zu entdecken, müssen Wissenschaftler*innen nicht immer zu großen Expeditionen aufbrechen. Auch in Herbarien schlummern viele noch unbekannte Arten. Das jüngste Beispiel: Die Bestimmung der bisher unbekannten Flechtenart Cora timucua (Timucua-Herzflechte). Erst 2014 hatte Robert Lücking vom Botanischen Garten und Botanisches Museum Berlin (BGBM) gemeinsam mit internationalen Kolleg*innen gezeigt, dass es sich bei der Flechtengattung Cora nicht wie bisher gedacht um eine, sondern um hunderte von Arten handelt. Eine DNA-Sequenzierung des Materials bestätigte schließlich diese Vermutung. Die neu entdeckte Flechtenart wurde zu Ehren der Ureinwohner Floridas Timucua-Herzflechte genannt. Dass die Sequenzierung der teils über 120 Jahre alten Belege gelang, ist ein Rekord für epiphytische (auf anderen Pflanzen wachsende) Blattflechten, da die DNA im getrockneten Herbarmaterial relativ schnell in kleine Bruchstücke zerfällt. Publiziert hat das Team seine Ergebnisse nun im Fachblatt The Bryologist. Jetzt hat die Suche nach lebenden Exemplaren begonnen.

Quelle: BGBM

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News · Forschungsergebnis

Wie Pflanzen ihre Wasserleitungen stabilisieren

Visualisierung der widerstandsfähigen Zellwände des pflanzlichen Gefäßsystems, die sich in filigranen Band- und Spiralmustern um die Zellen winden. Aufnahme: Dr. René Schneider, MPI-MP

Neue Techniken ermöglichen die Live-Beobachtung der Zellwandbildung. Wie Pflanzen ihr Xylem, den auch als Holz bezeichneter Teil des Gefäßsystems bilden, war bisher nur in Teilen bekannt. Dr. René Schneider vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) und Dr. Kris van’t Klooster von der Universität Wageningen schildern nun die Entstehung dieser spezialisierten Zellwände in der Fachzeitschrift Nature Communications.

Quelle: MPI-MP

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News · Forschungsergebnis

„Lebendes Fossil“ Welwitschia hat verschiedene Unterarten

Exemplare der Weltitschia mirabilis können mehr als 1.000 Jahre alt werden. Foto: Norbert Jürgens, UHH

Bereits vor 112 Millionen Jahren gab es die Familie der Welwitschia-Gewächse auf der Erde. Ein Forschungsteam des Fachbereichs Biologie der Universität Hamburg hat jetzt mithilfe kurzer DNA-Sequenzen herausgefunden, dass die einzige heute noch lebende Art Welwitschia mirabilis verschiedene Unterarten hat. „So konnten wir eine angolanische von einer namibischen Unterart unterscheiden,“ erklärt Prof. Dr. Norbert Jürgens, Professor für Biodiversität, Evolution und Ökologie. Die Ergebnisse veröffentlichte das Team gestern in der Fachzeitschrift Scientific Reports.

Quelle: Uni Hamburg

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News · Forschungsergebnis

Was Klimakapriolen bei Pflanzen auslösen können

Die australische Kannenpflanze bringt missgestaltete Blätter hervor, wenn sie bei ungewöhnlichen Licht-Temperatur-Bedingungen wächst. Grafik: Kenji Fukushima

Der Klimawandel dürfte Pflanzen nicht nur durch Wetterextreme beeinflussen. Auch eine ungewohnte Kombination neutraler Reize – warme und kurze Tage – kann Reaktionen wie Missbildungen der Blätter auslösen. Das zeigen nun Forschende der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) im Fachjournal Proceedings of the Royal Society B.

Quelle: JMU

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News · Forschungsergebnis

Venusfliegenfalle erzeugt magnetische Felder

Magnetische Messungen an Venusfliegenfallen. Foto und (c): Anne Fabricant, JGU

Mit einem Atommagnetometer haben Physiker nachgeweisen, dass Venusfliegenfallen (Dionaea muscipula) winzige biomagnetische Signale erzeugen. „Die Untersuchung kann man sich ein bisschen so vorstellen wie eine MRT-Untersuchung beim Menschen“, erklärt die Physikerin Anne Fabricant. Das hat ein interdisziplinäres Forschungsteam der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM), des Biozentrums der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Berlin im Fachmagazin Scientific Reports veröffentlicht.

Quelle: JGU

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News · Forschungsergebnis · Politik

Biodiversität: Nicht die gleichen Fehler machen

Die globalen Ziele zum Schutz der biologischen Vielfalt müssten künftig als Mindestanforderungen in nationales Recht aller Mitgliedstaaten der UN-Biodiversitätskonvention (CBD) übernommen werden. Das ist einer von vier Vorschlägen zur Verbesserung der globalen Strategie zum Biodiversitätsschutz eines Forscherteams des Nanjing Instituts für Umweltforschung in China, des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Die bisherigen Ziele sind weitgehend verfehlt worden. In der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution nennen die Forschenden Gründe für das Scheitern und zeigen konkrete Politikoptionen auf.

Quelle: iDiv

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News · Forschungsergebnis

Eisalgen verstärken Grönlands Eisschmelze – genährt von Phosphor

Probennahme der Eisalgen in Grönland. Foto: Jenine McCutcheon

Der grönländische Eisschild schmilzt seit 25 Jahren dramatisch. Eine bislang wenig beachtete Triebkraft hierfür sind Eisalgen. Sie verdunkeln die Oberfläche und reduzieren so die Reflexion des Sonnenlichts. Das Eis schmilzt schneller. Forschende der University of Leeds (UK) um Jenine McCutcheon (jetzt University of Waterloo, Ca) und Liane G. Benning, Deutsches GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ), haben eine wichtige Nahrungsquelle für die Eisalgen identifiziert: Phosphor aus lokal entstandenem Mineralstaub. Diese Erkenntnis hilft, künftige Entwicklungen von Algenblüte und Eisschmelze besser vorherzusagen und Klimamodelle zu optimieren. Die Studie ist heute in Nature Communications erschienen.

Quelle: GFZ

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News · Forschungsergebnis

Straßenbäume als Mittel gegen Depressionen

Mehr Straßenbäume in Städten (wie hier im Leipziger Stadtzentrum) können dazu beitragen, die psychische Gesundheit, aber auch das lokale Klima, die Luftqualität und den Artenreichtum zu verbessern. Foto: Philipp Kirschner

Straßenbäume im direkten Lebensumfeld könnten das Risiko für Depressionen in der Stadtbevölkerung reduzieren. Das ist das Ergebnis einer Studie im Fachjournal Scientific Reports von Forschern des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Universität Leipzig (UL) und der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU). Straßenbäume in städtischen Wohngebieten zu pflanzen könnte demnach eine effektive und preiswerte naturbasierte Lösung sein, um psychische Krankheiten, den lokalen Klimawandel und den Verlust biologischer Vielfalt zu bekämpfen. Stadtplaner, Gesundheitsexperten und Naturschützern diese Maßnahme öfter in Betracht ziehen.

Quelle: iDiv

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News · Forschungsergebnis

Konvergenz: Kälteschutz in Moosen und Blütenpflanzen

Moose und Blütenpflanzen haben unabhängig voneinander die Regulation von Sphingolipiden entwickelt, die sie vor Kälte und Krankheitserregern schützen. Grafik: Jan de Vries

Einen bislang nur in Blütenpflanzen bekannten Membran-Schutz-Mechanismus hat ein Forschungsteam erstmals in einem Moos nachgewiesen. Diesem gleichartigen Mechanismus liegen jedoch unterschiedliche Gene in dem Moos Physcomitrella und der Blütenpflanze Arabidopsis zugrunde - und damit in zwei Pflanzen, deren Entwicklung 500 Millionen Jahre Evolution trennt. Das Team um die Pflanzenbiologen Prof. Dr. Ralf Reski von der Universität Freiburg und Prof. Dr. Ivo Feussner von der Universität Göttingen legt im Fachjournal Nature Plants dar, wie verschiedene Gene den Sättigungsgrad in Sphingolipiden justieren, die nicht nur die äußere Membran der Zellen auch bei Kälte ausreichend geschmeidig halten, sondern die Pflanzen auch vor Krankheitserregern wie etwa Oomyceten schützen. Die Ergebnisse sind "ein beeindruckendes Beispiel von Konvergenz in der Pflanzenevolution auf molekularer Ebene“, resümiert Feussner. Und Reski ergänzt: "Dass der neu entdeckte Moos-Regulator auch in der Blütenpflanze funktioniert, eröffnet ganz neue Möglichkeiten der synthetischen Biologie.“

Quelle: Uni Freiburg 

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Forschungsergebnis

Blüte und Blattseneszenz eng miteinander verbunden

Die Biologinnen Prof. Dr. Christine Römermann und Dr. Solveig Franziska Bucher von der Universität Jena untersuchten die Blattphänologie krautiger Pflanzen. Foto: Anne Günther, FSU

Wie sich klimatische Veränderungen auf das andere Ende der Vegetationsperiode auswirken, haben Forschende nun im Fachmagazin Journal of Ecology dargelegt. Wie die Biologinnen Dr. Solveig Franziska Bucher und Prof. Dr. Christine Römermann der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU) herausfanden, setzt die Blattseneszenz bei niedrigeren Temperaturen früher ein als bei höheren Temperaturen. Der Beginn dieses Prozesses kann zwar zwischen einzelnen Arten differieren, je kälter jedoch das Umfeld ist, umso schneller läuft dieser ab. Die Zeitpunkte von Blüte und Blattseneszenz sind zeitlich eng miteinander verknüpft und durch Merkmale der Pflanzen beeinflußt, wie etwa dem Blattstickstoffgehalt. Die Ergebnisse helfen, Aussagen über die Länge von Vegetationsperioden und somit über den Einfluss des Klimawandels auf Ökosysteme zu treffen.

Quelle: FSU

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News · Forschungsergebnis

Wählerische Seegräser sind schlechte Invasoren

Die invasive Rotalge Agarophyton vermiculophyllum in Kalifornien. Foto: S. Krueger-Hadfield

Nicht alle Einwanderungen sind erfolgreich. Warum können sich manche Arten besser durchsetzen als andere? Dieser Frage ging ein internationales Team von Forschenden unter der Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel am Beispiel der invasiven Alge Agarophyton vermiculophyllum nach, die ursprünglich aus Ostasien stammt. Sie untersuchten, wie diese Alge ihr schützendes Oberflächen-Mikrobiom nach einer Störung wiederherstellt. „Alle Algenindividuen überlebten die Behandlung, aber diejenigen, die aus nicht einheimischen Populationen stammten, schnitten besser ab und zeigten ein schnelleres Wachstum“, so Dr. Guido Bonthond, der diese Untersuchung gemeinsam mit Projektleiter Dr. Florian Weinberger am GEOMAR durchgeführt hat. Nicht-einheimische Populationen von Agarophyton sind flexibler in der Assoziation mit Mikroben und wurden offenbar während ihrer Invasionsgeschichte auf diese Fähigkeit hin selektiert. Algen, die gegenüber neuen potenziellen Symbionten wählerisch sind, sind wahrscheinlich weniger erfolgreiche Invasoren. Wenn sie wiederholt eingeführt werden, kann die Selektion für flexiblere Individuen schließlich eine erfolgreiche Invasion begünstigen. „Oder anders herum: wer zu wählerisch ist, schafft die Einwanderung nicht“, erklärt Bonthond. „Es zeigt sich bei immer mehr Algenarten, dass sie auf die eine oder andere Weise von Bakterien abhängig sind. Derzeit ist noch wenig über die Rolle dieser Bakterien bei Algeninvasionen und marinen Invasionen im Allgemeinen bekannt“, so Florian Weinberger. Daher trage diese Studie zu wichtigen neuen Erkenntnissen bei, denn sie zeigt, dass ein Invasor eine Störung des Mikrobioms erleiden und neue funktionelle Gemeinschaften in neuen Umgebungen bilden könne. Die Studie publizierten sie in der internationalen Fachzeitschrift ISME Journal.

Quelle: GEOMAR

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Widerstandsfähiges Getreide im Klima-Chaos

Expert*innen warnen seit vielen Jahren davor, dass extreme Klimaereignisse wie schwere Dürren mit häufigen Hitzewellen die Produktion wichtiger Grundnahrungsmittel wie Weizen beeinträchtigen und die Ernährungssicherheit ernsthaft gefährden. Daher suchen Wissenschafter*innen nach Kulturpflanzen, die sich besser an diese Umstände anpassen können: Ein internationales Team unter der Leitung von Wolfram Weckwerth von der Universität Wien hat eine vergleichende physiologische und molekulare Studie mit Weizen und Perlhirse unter Trockenstress durchgeführt und gezeigt, wie Perlhirse klimatische Herausforderungen deutlich besser übersteht als Weizen. Die Studie wurde in Frontiers in Plant Science veröffentlicht.

Quelle: Uni Wien

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Mit Mathe pflanzliche Formen charakterisieren

Sichtbarkeitsgraphen für verschiedene Blütenformen. Auf der Kontur (grün) sind Knoten in gleichmäßigen Abständen angeordnet, die über Kanten miteinander verbunden sind, wenn diese nicht die Kontur berühren oder schneiden. Aufnahme und (c): Jacqueline Nowak, MPI-MP

Ein mathematischer Ansatz ermöglicht die genaue Charakterisierung von Formen, wie Forschende im Fachmagazin Nature Communications zeigen. Während sich die Farbe oder Größe eines Objekts einfach bestimmen lässt, ist die inhaltliche Beschreibung einer Form vielfach komplizierter. Daher haben Jacqueline Nowak vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) und ihre Kollegen einen neuen und verbesserten Weg zur Beschreibung von Formen skizziert, der auf einer Netzwerkrepräsentation basiert, die auch zum Wiederzusammensetzen und Vergleichen von Formen verwendet werden kann.

Quelle: MPI-MP

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Sieben neue Hundsgiftgewächse in Neukaledonien

Die neukaledonische Leichhardtia nigriflora aus der Familie der Hundsgiftgewächse. Foto: Ulrich Meve

Forschende haben sieben neue Arten der Apocynaceae (Hundsgiftgewächse) in Neukaledonien entdeckt und im 27. Band der Flore de la Nouvelle-Calédonie des Pariser Muséum National d'Histoire Naturelle publiziert. Auf den Spuren des britischen Entdeckers James Cook hatten die Forscher*innen der Universität Bayreuth im Frühjahr 2019 die Flora auf dieser Inselgruppe im Südwestpazifik untersucht.

Quelle: Uni Bayreuth

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Wie Pflanzen Abwehrgifte bilden ohne sich selbst zu schaden

Raupe des Tabakschwärmers Manduca sexta auf einem Blatt der Tabakpflanze. Die chemische Analyse ihres Kots (kleine schwarze Kugel) zeigte, wie die Giftstoffe in den Raupen aktiviert wurden und gaben so Hinweise auf die Biosynthese der Gifte in der Pflanze, ein Prozess, der im Vergleich zur Verdauung umgekehrt abläuft. Die Forschenden nennen dies „Verdauungsduett“. Foto: Anna Schroll

Im Fachmagazin Science stellen Forschende des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie und der Universität Münster die Biosynthese und genaue Wirkungsweise von Diterpen-Glykosiden in wilden Tabakpflanzen dar. Diterpen-Glykoside dienen der Verteidigung gegenüber Fressfeinden. Die Abwehrstoffe greifen bestimmte Teile der Zellmembran an. Um sich selbst vor den eigenen Giften und der Zerstörung der Zellmembran zu schützen, speichern Tabakpflanzen die Abwehrstoffe in einer ungiftigen Form, die auf eine besondere Art und Weise gebildet wird. Selbsttoxizität und der Schutz davor scheinen bei der Evolution der pflanzlichen Abwehr eine größere Rolle zu spielen als bislang angenommen.

Quelle: MPI für chemische Ökologie

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Gefäßaufbau von Pflanzen umfassend charakterisiert

Isolierte Gefäßzellen einer Arabidopsis-Pflanze: die Phloem-Parenchymzellen sind in Cyan markiert. Aufnahme: Ji-Yun Kim, HHU

Forschenden ist es gelungen, erstmals die Funktionen der verschiedenen Zelltypen im Gefäßsystem der Blätter von Pflanzen zu identifizieren. Zwei Teams von Alexander von Humboldt-Professuren in Düsseldorf und Tübingen, einer Kollegin aus Champaign Urbana in Illinois/USA und einem Bioinformatik-Lehrstuhl aus Düsseldorf legten die erste umfassende Analyse der Gefäßzellen in den Blättern der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) durch Einzelzellsequenzierung vor. Das Team der Alexander von Humboldt-Professorin Dr. Marja Timmermans von der Universität Tübingen hatte vor kurzem als erste Einzelsequenzierung in Pflanzen eingesetzt, um die Zellen der Wurzel zu charakterisieren. Hier haben Forscherinnen und Forscher aus dem Team des Alexander von Humboldt-Professors Dr. Wolf Frommer von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) mit ihrer Hilfe erstmals die Zellen aus Blättern isoliert, um daraus einen Atlas aller steuernden RNA-Moleküle (das Transkriptom) des Blattgefäßsystems zu erstellen. Indem sie die Stoffwechselwege analysierten, konnten sie die Rolle der verschiedenen Zellen definieren. Ihre Ergebnisse publizierten sie in der Fachzeitschrift The Plant Cell. Dazu hatten sie einen Einzel-Zell-Transkiptom-Atlas der Phloem-Zellen erstellt.

Quelle: HHU

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Ein Dollar für den Regenwald spart 5,40 Dollar für sonstigen Klimaschutz

In der Diskussion über Klimaschutz-Investitionen geht es viel um Technik. Etwa Windparks und Solarkraftwerke, riesige CO₂-Staubsauger oder ein Pipeline-Netz, das mit Grünstrom produzierten Wasserstoff als Energieträger der Zukunft verfügbar macht. Doch so wichtig innovative Technologien sind – der bedeutsamste Schauplatz beim Kampf gegen die Erderhitzung ist der Tropische Regenwald: Jeder hier investierte Dollar spart 5,40 Dollar für sonstigen Klimaschutz. Das zeigt jetzt eine Studie unter Leitung des Berliner Klimaforschungsinstituts MCC (Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change) in Zusammenarbeit mit der US-Forschungseinrichtung Environmental Defense Fund im Fachjournal Global Sustainability.

Quelle: MCC

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Forschungsergebnis

Resistente Reispflanzen: Bakterium schützt vor Krankheiten

Eine internationale Forschungsgruppe unter Beteiligung des Instituts für Umweltbiotechnologie der TU Graz untersuchte das Mikrobiom von Reispflanzensamen, um Korrelationen zwischen der Pflanzengesundheit und dem Vorkommen bestimmter Mikroorganismen aufzudecken. Sie identifizierte nun ein Bakterium im Sameninneren, das zu vollständiger Resistenz gegen das Pflanzenpathogen Burkholderia plantarii führen kann - das zu Ernteausfällen führt und ein asuch für Menschen schädliches Biotoxin produziert, und auf natürliche Weise von einer Pflanzengeneration auf die andere übertragen wird. Die Forschenden stellten fest, dass die resistenten Pflanzen eine andere Bakterienzusammensetzung im Sameninneren haben als krankheitsanfällige Pflanzen. Besonders die bakterielle Gattung Sphingomonas war signifikant häufiger in resistenten Samen zu finden. Die Forschenden haben daher diese Bakterien-Gattung aus den Samen isoliert und das Bakterium Sphingomonas melonis als Wirkungsträger identifiziert. Dieses Bakterium produziert eine organische Säure (Anthranilsäure), die das Pathogen lähmt und dadurch unschädlich macht. Die im Fachjournal Nature Plants veröffentlichten Erkenntnisse bieten eine neue Basis, um biologische Pflanzenschutzmittel zu designen und zusätzlich Biotoxine, die von Pflanzenpathogenen gebildet werden, zu reduzieren.

Quelle: TU Graz

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Wie Pflanzen ihr Erbgut miteinander teilen können

Das Erbgut kann von Zelle zu Zelle wandern und sogar zwischen verschiedenen Organismen ausgetauscht werden. Forschende des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) in Potsdam konnten nun mit Hilfe neuer experimenteller Ansätze - wie etwa die in der Landwirtschaft häufig angewandte Pfropfung - erstmals zeigen, wie das Erbgut auf Wanderschaft geht. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie am 1. Januar in der Fachzeitschrift Science Advances.

Quelle: MPI-MP

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Phloem-Beladung erklärt möglicherweise effizientes Mais-Wachstum

Blätter einer Maispflanze. Foto: Margaret Bezrutczyk, HHU

Forscherinnen und Forscher fanden einen bisher nicht beschriebenen Beladungsmechanismus des Phloems in Maispflanzen, also in jenem Teil der Leitungsbündel bei Gefäßpflanzen, in denen der eigentliche Transport von Zuckern, Aminosäuren und anderen Stoffen stattfindet. Diesen Mechanismus zu entwickeln, könnte der entscheidende evolutionäre Schritt hin zu einer höheren Transportrate gewesen sein, der Maispflanzen so besonders erfolgreich und nützlich macht, folgern die Forschenden im Fachmagazin The Plant Cell. Vermutlich steht dies auch im Zusammenhang mit der effektiveren C4-Photosynthese, die den Mais gegenüber anderen Pflanzen auszeichnet, die nur über die C3-Photosynthese verfügen. Geleitet wurde die Studie von Dr. Ji Yun Kim und Prof. Dr. Wolf B. Frommer vom Institut für Molekulare Physiologie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU).

Quelle: HHU

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Vor rund 6.000 Jahren verursachte Klimawandel Mangrovensterben in Oman

Vor 6.000 Jahren waren Mangroven in Oman weit verbreitet. Heute gibt es dort nur noch eine besonders robuste Mangrovenart, die zudem nur an wenigen Standorten vorkommt. Foto und (c): Uni Bonn

Die meisten Mangroven-Bestände an den Küsten Omans verschwanden vor rund 6.000 Jahren. Warum, war bislang nicht komplett geklärt. Wie eine Studie in der Zeitschrift Quaternary Research von Forschenden der Universität Bonn zeigt, führten klimatische Veränderungen zum Zusammenbruch der Küsten-Ökosysteme. Ein Meeresspiegel-Anstieg oder eine Übernutzung durch den Menschen scheiden als Gründe dagegen wohl aus. Die Geschwindigkeit des Mangrovensterbens war dramatisch: Binnen weniger Jahrzehnte gingen viele der Bestände unwiderruflich verloren.

Quelle: Uni Bonn

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Wie Pflanzen ihr Wurzelwachstum an ein verändertes Nährstoffangebot anpassen

Das Bild zeigt die Unterschiede in den Zelllängen, den relativen Auxin-Gehalt und die Lokalisierung des PIN2-Auxin-Transporters zwischen benachbarten Zellen in der Arabidopsis-Wurzelspitze, bei Versorgung mit Nitrat oder Ammonium. Aufnahme: Krisztina Ötvös, IST Austria

Im Fachmagazin The EMBO Journal vergleichen Forschende, wie Arabidopsis-Keimlinge, die ausschließlich auf Ammonium gezüchtet wurden, reagierten, sobald die Forschenden sie entweder in ammonium- oder in nitrathaltige Medien überführten. Sie konnten zeigen, dass vor allem der spezielle Auxin-Transporter PIN2 für das Gleichgewicht zwischen Zellvermehrung und Zellausdehnung sorgen. „Die vorliegende Studie konnte nur dank der Beiträge vieler verschiedener Personen entstehen – von ZellbiologInnen und InformatikerInnen bis hin zu jenen, die in der fortgeschrittenen Mikroskopie arbeiten. Es ist wirklich ein multidisziplinärer Ansatz”, betont Eva Benková, Entwicklungsbiologin und Professorin am Institute of Science and Technology (IST) Austria.

Quelle: IST Austria

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Stoffwechsel-Umleitung eröffnet neue Wege der CO2-Fixierung

Bei der pflanzlichen Photorespiration wird bereits fixiertes CO2 wieder frei, kostet jedoch Energie. Dieser Stoffwechselprozess gilt daher als ein wichtiger Ansatzpunkt zur Verbesserung von Ernte-Leistungen und zur Senkung des steigenden CO2-Gehalts der Atmosphäre. Forschende um Tobias Erb vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg haben nun den TaCo-Stoffwechselweg entwickelt, einen synthetischen Bypass zur Photorespiration, wie sie im Fachmagazin Nature Catalysis berichten. Er eröffnet neue Möglichkeiten der CO2-Fixierung und der Produktion wertvoller Kohlenstoff-Verbindungen.

Quelle: MPG

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Wie sich einzellige Algen an Oberflächen festhalten und entlanggleiten

Mit der sog. TIRF Mikroskopie kann das Anhaften der Geißeln an Oberflächen sichtbar gemacht werden. Aufnahme und (c): Lara Hoepfner, WWU

Ein internationales Forschungsteam untersuchte, wie sich die Fortbewegung und das Festhalten der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii an Oberflächen manipulieren lassen. Dazu maßen sie die Kräfte, mit welchen sich der Einzeller mit seinen Geißeln an Oberflächen festhält und entlanggleitet. Sie veränderten die Zuckermodifikationen an Proteinen auf deren Zelloberfläche, wodurch sich die Adhäsionskraft änderte. Die Ergebnisse hat das Team unter der Leitung von Prof. Dr. Michael Hippler von der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster und Prof. Dr. Kaiyao Huang vom Institut für Hydrobiologie (Chinesische Akademie der Wissenschaften, Wuhan, China) am 10. Dezember im Magazin eLife (DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.58805) publiziert. Forschungsergebnisse lieferten auch Lara Höpfners Arbeiten, die dafür unseren diesjährigen Master-Preis an der WWU erhalten hat.

Quelle: WWU

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GET2-Rezeptor in Arabidopsis aufgespürt

Dietmar Mehlhorn und Christopher Grefen (hinten) sind dem bisher unentdeckten GET2-Rezeptor in der Pflanze Arabidopsis thaliana auf die Spur gekommen. Foto und (c): Marquard, RUB

Was Säugetiere und Hefen können, können Pflanzen nachweislich auch: Proteine über einen besonderen Pfad in Membranen einbauen. Ein Erbe ihres letzten gemeinsamen Vorfahren. „Die Entdeckung der Proteinsequenz von GET2 aus der Ackerschmalwand liefert ein wichtiges Puzzleteil zum Verständnis der Art-übergreifenden Evolution des GET-Pfads und bildet gleichzeitig die Grundlage für weitere Studien in anderen Pflanzen- und Algenarten“, erklärt Prof. Dr. Christopher Grefen vom Lehrstuhl für Molekulare und Zelluläre Botanik der Ruhr-Universität Bochum (RUB) anlässlich der in PNAS (DOI: https://www.pnas.org/content/118/1/e2017636118) veröffentlichten Studie. Sie charakterisierten den Rezeptor durch dessen gezielte Ausschaltung – unter anderem durch die Genschere Crispr/Cas9.

Quelle: RUB

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Wie der Klimawandel Pflanzengemeinschaften durcheinanderbringt

Roesels Beissschrecke ist eine jener Heuschreckenarten, die im Zuge der Klimaerwärmung tiefer gelegene Lebensräume aufgeben und in alpine Gebiete einwandern könnten. Foto: Christian Roesti

Wird es wärmer, steigen Organismen aus dem Tiefland höher hinauf. Forschende der Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich) und der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) haben nun untersucht, was mit Pflanzengemeinschaften auf Grasland in den Alpen geschehen könnte, wenn sich pflanzenfressende Heuschrecken aus tieferen Lagen dort ansiedeln. Weil in hohen Lagen die Vegetationszeit kurz ist, sind pflanzenfressende Insekten weniger häufig, und Pflanzen müssen sich weniger vor Fressfeinden schützen. In tiefen Lagen jedoch herrscht ein hoher Frassdruck. Pflanzenfressende Insekten sind häufiger und artenreicher. Pflanzen müssen sich daher stärker verteidigen, sei es mittels Stacheln, Dornen, Haaren oder durch giftige Inhaltsstoffe. Der Klimawandel könnte diese ökologische Struktur stören. Die Forschenden verfrachteten verschiedene Heuschreckenarten von mittlerer Höhe (1400 Meter über Meer) auf drei alpine Grasland-​Standorte auf Höhen von 1800, 2070 und 2270 m.ü.M. Wie sie herausfanden, beeinflussen die Heuschrecken die Vegetationsstruktur und Zusammensetzung der alpinen Flora mit ihrem Fressverhalten deutlich. Der Klimawandel wirkt sich also nicht nur direkt aufgrund der Temperaturerhöhung auf Ökosysteme aus, sondern auch indirekt aufgrund veränderten Beziehungen zwischen Pflanzenfressern und Pflanzen. Ihre Ergebnisse publizierten sie nun in Science (https://science.sciencemag.org/content/370/6523/1469).

Quelle: ETH Zürich

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Deutschlands Pflanzenvielfalt auf dem Rückzug

Die Studie zeigt, dass selbst als verbreitet geltende Arten wie der Klatschmohn (Papaver rhoeas) in Deutschland stetig zurückgehen. Foto: Sebastian Lakner

Bei über 70 Prozent von mehr als 2000 untersuchten Arten sind in den letzten 60 Jahren deutschlandweit Rückgänge zu beobachten. Seit den 1960er Jahren hatten die rückläufigen Arten Einbußen von durchschnittlich 15 Prozent zu verzeichnen. Das ist das Ergebnis der bislang umfassendsten Auswertungen von Pflanzendaten aus Deutschland überhaupt. 29 Millionen Daten zur Verbreitung von Gefäßpflanzen flossen in die Analysen ein, die im Rahmen des Vorhabens „sMon – Biodiversitätstrends in Deutschland“ des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) erfolgten. Beteiligt waren Forschende von iDiv, der Universitäten Jena, Halle und Rostock, des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) sowie des Bundesamtes für Naturschutz (BfN) unter enger Beteiligung der oberen Naturschutzbehörden aller 16 Bundesländer. Das berichtet das Bundesamt für Naturschutz (BfN) über eine im Fachmagazin Global Change Biology ( DOI: 10.1111/gcb.15447) erschienene Studie.

Quelle: iDiv

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Brände bedrohen auch Brasiliens zweitgrößtes Ökosystem der Uferwälder

Das empfindliche Ökosystem des Cerrado ist zunehmend durch Waldbrände bedroht. Foto: Fernando Tatagiba, Uni Hohenheim

Immer häufiger treten in den letzten Jahren in den brasilianischen Savannen Flächenbrände auf, die auch die Uferwälder stark in Mitleidenschaft ziehen. Wie groß die Bedrohung für diese empfindlichen Ökosysteme tatsächlich ist, zeigen jetzt Untersuchungen mit Beteiligung einer Wissenschaftlerin von der Universität Hohenheim in Stuttgart: „Der Verlust ist hier sogar schlimmer als im tropischen Regenwald am Amazonas, denn die betroffene Fläche ist deutlich größer“, sagt Dr. Anna Abrahão. Tropische Savannen gehören weltweit zu den Lebensräumen mit der größten biologischen Vielfalt und zugleich zu den am stärksten bedrohten Ökosystemen. Neben den typischen Gras- und Buschlandschaften finden sich vor allem in den feuchten Uferzonen von Bächen und Flüssen auch immergrüne Wälder. Publiziert wurden die Ergebnisse der 20 Forscherinnen und Forscher aus verschiedenen brasilianischen und internationalen Institutionen jetzt im Journal of Applied Ecology (https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1365-2664.13794).

Quelle: Uni Hohenheim

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Was Paprika erröten lässt

Leuchtend rot, lecker und gesund, so kennt und liebt man Paprika. Was sie allerdings bei der Reifung rot werden lässt, hat das Team um Prof. Dr. Sacha Baginsky vom Lehrstuhl Biochemie der Pflanzen der Ruhr-Universität Bochum (RUB) erstmals auf Proteinebene im Detail entschlüsselt. Im Mittelpunkt stehen die sogenannten Plastiden, typische pflanzliche Zellorganellen, in denen Chlorophyll abgebaut und im Zuge der Fruchtreifung Carotinoide hergestellt werden. Optisch zeigt sich diese Umwandlung deutlich im Farbwechsel von grün zu orange oder rot. Den Prozess hat das Team detailliert und global auf Proteinebene dokumentiert und die Ergebnisse am 30. November 2020 in The Plant Journal (DOI: https://doi.org/10.1111/tpj.15104) publiziert.

Quelle: RUB

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Wie Gräser das Meer eroberten

Das heimische Seegras Zostera marina gehört zur aus rund 60 Arten bestehende Gruppe der Seegräser, die weltweit Bestandteil wichtiger Küstenökosysteme sind. Foto: John Brew, CC BY 4.0

Vor etwa 140 Millionen Jahren gelang es einigen Landpflanzen, sich an ein Leben im Meer anzupassen. Ein Forschungsteam um Professorin Birgit Classen aus der Abteilung für Pharmazeutische Biologie am Pharmazeutischen Institut der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat nun neue Erkenntnisse über die Mechanismen vorgelegt, mit denen sich die Seegräser im Laufe der Evolution an ihren Lebensraum angepasst haben. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Kieler Forschenden gemeinsam mit australischen Kolleginnen und Kollegen von der La Trobe University in Melbourne kürzlich in der Fachzeitschrift Scientific Reports (DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-65135-5).

Quelle: Uni Kiel

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Algen helfen die Ursachen von Eiszeiten zu enträtseln

Anhand von Sedimentkernen aus dem Antarktischen Ozean erstellten die Forscher detaillierte Aufzeichnungen über die chemische Zusammensetzung der organischen Materie, die in den Fossilien von Kieselalgen eingeschlossen wurden. Im Bild: leben. Foto: Philipp Assmy, Marina Montresor

Während der letzten Eiszeiten waren die Kohlendioxid-Konzentrationen in der Atmosphäre niedriger als in der übrigen Zeit. Die Ursache dafür war bisher jedoch unklar. Nun haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz und der Universität Princeton in New Jersey Hinweise dafür gefunden: Sie zeigen, dass sich der Aufstieg von Tiefenwasser im Antarktischen Ozean während der Eiszeiten abgeschwächt hat, was wiederum dazu geführt hat, dass mehr des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) in der Tiefsee zurückgehalten wurde. Dazu hatten die Forschenden einen neuen Ansatz entwickelt, bei dem Diatomeen (Kieselalgen) untersucht wurde. Die winzigen Algen wachsen unter anderem in den Oberflächengewässern der Antarktis. Ihre Schalen lagern sich im Tiefseesediment ab und abhängig von der Menge an ungenutztem Stickstoff im Oberflächenwasser variieren die Stickstoff-Isotopenverhältnisse der in den Mineralwänden dieser Fossilien eingeschlossenen organischen Spurenstoffe. Dies nutzte das Princeton-MPIC-Team, um die Entwicklung der Stickstoffkonzentrationen in den antarktischen Oberflächengewässern in den letzten 150.000 Jahren über zwei Eiszeiten und zwei Warmzeiten aufzuzeigen. Die im Fachmagazin Science veröffentlichte Studie (https://science.sciencemag.org/content/370/6522/1348) hilft, den Klimazyklus zwischen den Eis- und Warmzeiten besser zu verstehen. Sie deutet aber auch darauf hin, dass sich der Tiefenwasseraufstieg infolge der globalen Erwärmung verstärken wird. Als Folge würden sich die Konzentration des atmosphärischen CO2, das globale Klima und die Ökosysteme der Ozeane verändern.

Quelle: MPI für Chemie

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Der Drucksensor der Venusfliegenfalle

Das Display eines Smartphones reagiert auf Fingerdruck. Die fleischfressende Venusfliegenfalle dagegen bemerkt sogar, wenn ein Leichtgewicht wie eine Fliege auf ihr landet. Ein Forschungsteam der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg hat einzelne Sinneshaare isoliert und darin den Genpool analysiert, der beim Fangen von Insekten aktiv ist. "Dabei haben wir erstmals die Gene gefunden, die vermutlich im ganzen Pflanzenreich dazu dienen, lokale mechanische Reize in systemische Signale umzuwandeln", sagt JMU-Pflanzenforscher Professor Rainer Hedrich. Das Team um Hedrich stellt die Ergebnisse im Open-Access-Journal PLOS Biology (DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000964) vor.

Quelle: Uni Würzburg

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Vertrauen in Wissenschaft und Forschung bleibt hoch

Auf die Frage: "Wie oft informieren Sie sich über folgende Wege im Interent über Wissenschaft und Forschung?" antworteten 1.016 per Telefon Befragte. Grafik: WiD

Das generelle Vertrauen in Wissenschaft und Forschung ist in Deutschland weiterhin hoch: 60 Prozent der Menschen geben an, dass sie eher oder voll und ganz in Wissenschaft und Forschung vertrauen. Das sind etwas weniger als im Frühjahr 2020 (April 2020: 73 Prozent, Mai 2020: 66 Prozent), aber mehr als in den Vorjahren (2019: 46 Prozent). Dies sind bevölkerungsrepräsentative Daten aus dem Wissenschaftsbarometer 2020, mit dem die gemeinnützige Organisation Wissenschaft im Dialog (WiD) die öffentliche Meinung zu Wissenschaft und Forschung in Deutschland erhebt.

Quelle: WiD

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Zeitliche Anbauvielfalt stabilisiert landwirtschaftliche Produktion

Die Ernährung rund um den Globus zu sichern, ist eine zentrale Herausforderung der Menschheit – insbesondere vor dem Hintergrund des bis zum Jahr 2050 prognostizierten Bevölkerungsanstiegs auf fast zehn Milliarden Menschen und der Auswirkungen des Klimawandels. Eine hohe Vielfalt an Anbaukulturen gilt in der Landwirtschaft als stabilisierender Faktor für die Ernährungssicherheit. Doch diese Diversität allein genügt nicht. Es kommt auch darauf an, dass Anbaukulturen sich in ihren zeitlichen Produktionsmustern unterscheiden, schreibt ein vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) koordiniertes Forscherteam in einem Beitrag für Nature (DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2965-6).

Quelle: UFZ

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Klimawandel verschlimmert Biodiversitätsschwund

Aufgrund des Klimawandels schrumpfen die Gletscher des Kilimandscharo beim kenianischen Amboseli-Nationalpark. Pflanzen und Tiere in den Tälern unterhalb sind jedoch auf Wasser von den Gletschern angewiesen. Foto: Almut Arneth, KIT

Das Erreichen bestehender und vorgeschlagener Ziele für die biologische Vielfalt nach 2020 ist durch den Klimawandel massiv gefährdet – selbst wenn andere Hindernisse ausgeräumt werden. Die Erderwärmung beschleunigt den Schwund der biologischen Vielfalt. Umgekehrt können Maßnahmen zum Biodiversitätsschutz auch dazu beitragen, die Folgen des Klimawandels abzumildern. Laut der Autorinnen und Autoren unter Leitung der Ökosystemforscherin Almut Arneth vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) würden es flexible Methoden im Naturschutz möglich machen, dynamisch auf die Folgen des Klimawandels für Lebenräume und Arten zu reagieren. Dies berichten sie im Fachjournal PNAS (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2009584117).

Quelle: KIT

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Aristolochia-Art aus Amazonien nach Dresdner Botaniker benannt

Die Aristolochia wankeana besitzt eine für Pfeifenwinden charakteristische außergeöhnliche Blütenform. Foto: Sébastien Sant

Aristolochia wankeana ist eine neu entdeckte Pfeifenwinden-Art aus Französisch-Guayana, die nun nach dem Dresdner Botaniker Prof. Dr. Stefan Wanke benannt wurde. Die Professur für Botanik der TU Dresden erforscht seit über 20 Jahren intensiv die Pflanzenfamilie der Pfeifenwinden (Aristolochiaceae). Die Dresdner Forschenden gehören zu den wenigen Spezialisten für diese Pflanzen weltweit und haben maßgebliche Arbeiten zur Evolution und Biologie dieser Gruppe publiziert. Mit der Erforschung der Pflanzenfamilie wollen die Pflanzenwissenschaftler helfen, Schutzmaßnahmen für besonders bedrohte Arten zu entwickeln. Dazu haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Verlauf der Zeit eine Spezialsammlung der Pflanzenfamilie im Botanischen Garten der TU Dresden zusammengetragen, auf die sie für ihre Forschungen zurückgreifen können. Zusammen mit der Art Aristolochia neinhuisii ist die Neue nun schon die zweite, die mit ihrem Namen einen Dresdner Forscher ehrt. Vorgestellt haben sie die neue Art im Fachjournal Phytotaxa 2020 (DOI: https://doi.org/10.11646/phytotaxa.474.1.1).

Quelle: TU Dresden

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Funktionsweise pflanzlicher Immunrezeptoren entschlüsselt

Forschende haben erstmals die Abfolge der molekularen Ereignisse nachvollzogen, die einen inaktiven pflanzlichen Immunrezeptor aktivieren und so den Tod der Wirtszelle vermitteln. Die als Nukleotid-bindende/Leucin-reiche Wiederholungsproteine (NLR-Proteine) bezeichneten Immunrezeptoren wappnen in Zellen gegen den Angriff von Krankheitserregern. Die aus mehreren Modulen bestehenden Moleküle lösen die Immunreaktion der Pflanze aus, sie aktivieren die Rezeptoren, Resistenz und Zelltodwege, um die Infektion zu begrenzen. Basierend auf unterschiedlichen Struktur- und Signalmerkmalen werden pflanzliche NLRs in zwei Hauptklassen eingeteilt: solche, die Coiled-coiled (CC)-Module (CNL-Proteine) enthalten, und solche, die Toll/Interleukin-1-Rezeptor/Resistenz (TIR)-Module (TNL-Proteine) enthalten. Im Fachmagazin Science (https://science.sciencemag.org/content/370/6521/eabe3069.abstract) schildert das Forschungsteam um Humboldt-Professor Jijie Chai von der Universität zu Köln mit der MPIPZ Forschungsgruppenleiterin Jane Parker und dem Leiter des MPIPZ, Paul Schulze-Lefert, wie der TNL-Typ NLR Rezeptor von Peronospora parasitica 1 (RPP1)  Arabidopsis-Pflanzen vor einer Infektion durch den Pilz Hyaloperonospora arabidopsidis (Hpa) schützt. Wie sie schreiben, ähneln die oligomeren Konfigurationen, die aktive RPP1 und Roq1 annehmen, den induzierten oligomeren Gerüsten anderer NLR-Rezeptorproteine von Pflanzen und Säugetieren, einschließlich menschlicher Rezeptoren des angeborenen Immunsystems. Dies legt nahe, dass diese Rezeptoren auf einem gemeinsamen Strukturprinzip beruhen, um intrazelluläre Immunsignale und den Zelltod in verschiedenen Reichen des Lebens auszulösen.

Quelle: Uni Köln

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Was Schmerzmittel in Pflanzen auslösen

Wie Schmerzmittel Pflanzenzellen beeinflussen. Aufnahme: Shutang Tan, IST Austria

Was passiert, wenn Pflanzen mit Schmerzmitteln behandelt werden, haben Forschende am Institute of Science and Technology (IST) Austria untersucht. Die getesteten rund 20 verschiedenen Schmerzmittel störten den Auxin-Fluss in den analysierten Arabidopsis-Keimlingen. Die Medikamente greifen in das gesamte Endomembransystem ein und beeinflussen so die Bewegung und den Transport von Substanzen innerhalb der Zellen. Darüberhainus beeinträchtigen sie die Dynamik des Cytoskeletts. Eine Gruppe von Schmerzmitteln, wie etwa Meclofenaminsäure und Flufenaminsäure, zielen direkt auf ein bestimmtes Protein: Dieses TWISTED DWARF1 genannte Protein führt infolge zu den beobachteten physiologischen und zellulären Veränderungen. Darüber hinaus konnten die Forschenden zeigen, dass nicht-steroidale Entzündungshemmer ähnlich wirken wie sogenannte Auxin-Transport-Inhibitoren – wichtige chemische Werkzeuge in der Zellbiologie, die den Auxin-Fluss stören. Ihre Ergebnisse publizierten Sie in der Fachzeitschrift Cell Reports (DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.108463).

Quelle: IST Austria

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Größtes Inventar aller bekannten Pflanzenarten der Erde erstellt

Nicht nur durch moderne Genomsequenzierung – auch in der Natur sucht Martin Freiberg immer wieder nach neuen Pflanzenarten. Foto: Wolfgang Teschner

Die weltweit umfassendste Liste aller bekannten Pflanzenarten haben Forschende der Universität Leipzig (UL) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) aufgestellt. Sie enthält 1.315.562 Namen von Gefäßpflanzen und erweitert so die Anzahl anerkannter Pflanzenarten und Unterarten um 70.000, was ca. 20 % entspricht. Darüber hinaus konnten die Forscher 181.000 ungeklärte Artnamen aufklären. Der Datensatz wurde nun in Scientific Data (https://www.nature.com/articles/s41597-020-00702-z) veröffentlicht. Er ist das Ergebnis einer über zehn Jahre langen intensiven Recherchearbeit und könnte dazu beitragen, Leipzig zu einem der weltweit wichtigsten Zentren der Pflanzenforschung zu machen.

Quelle: iDiv

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Was Laubblätter im Herbst altern lässt

Im Herbst verfärbt sich das Laub. Das könnte in einem wärmeren Klima künftig früher der Fall sein – und nicht später, wie gemeinhin erwartet. Foto: Peter Rüegg, ETH Zürich

Forschende der ETH Zürich weisen bei europäischen Laubbäumen einen selbstregulierenden Mechanismus nach, der ihre Wachstumsphase begrenzt: Bäume, die im Frühling und Sommer mehr Photosynthese betreiben, werfen ihre Blätter im Herbst früher ab. Damit dürfte sich der herbstliche Blattfall in Zukunft wider Erwarten verfrühen – und nicht weiter verspäten. Bislang war angenommen worden, Bäume würden im Klimawandel eine längere Vegetationsperiode haben und somit mehr CO2 binden. Das hat das Team um Seniorautor Constatin Zohner von der Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich) nun im Fachmagazin Science (DOI: https://dx.doi.org/10.1126/science.abd8911) widerlegt. Zohner ist Preisträger unseres Eduard-Strasburger-Preises von 2019.

Quelle: ETH Zürich

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Weizen-Vielfalt entstand durch Einkreuzung von Wildgräsern

Durch seine grosse Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Klimabedingungen und Umweltfaktoren gedeiht Weizen weltweit in zahlreichen Regionen. Foto: Rebecca Leber, UZH

Brotweizen ist enorm anpassungsfähig an unterschiedliche regionale Bedingungen. Entstanden ist seine grosse genetische Vielfalt insbesondere durch die Einkreuzung zahlreicher Chromosomen-Fragmente aus Wildgräsern. Das zeigen die Genomsequenzen von zehn Weizensorten aus vier Kontinenten, die ein internationales Konsortium mit Beteiligung von Forschenden der Universität Zürich nun entschlüsselt und im Fachmagazin Nature (10.1038/s41586-020-2961-x) veröffentlicht hat hat. "Wir konnten zahlreiche Unterschiede in der Genom-Struktur der untersuchten Weizensorten finden. Sie unterscheiden sich insbesondere durch grosse Chromosomen-Fragmente, die irgendwann in der Vergangenheit aus Wildgräsern eingekreuzt wurden", sagt Thomas Wicker von der Universität Zürich (UZH), einer der Letztautoren der Studie.

Quelle: UZH

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Erster Weizen-Genom-Atlas soll die Produktion weltweit verbessern

Knapp 100 Forscherinnen und Forscher haben in internationaler Zusammenarbeit im 10+ Genome Project (http://www.10wheatgenomes.com) das Genom von 16 Weizensorten sequenziert, die globale Züchtungsprogramme repräsentieren. Im Fachmagazin Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-020-2961-x) beschreiben sie den bisher umfassendsten Weizen-Genom-Atlas. Dies ermöglicht die Identifizierung genetischer Unterschiede, die für die Züchtung relevant sein können. „Wir haben nun das Wissen, um die Züchtung noch genauer zu steuern und den Weizen weiter zu verbessern – zum Vorteil der Landwirtschaft und in Hinblick auf den künftigen Bedarf“, sagt Curtis Pozniak, der die internationale Studie von der kanadischen Universität von Saskatchewan aus leitete. „Diese Studie ist ein Paradebeispiel dafür, wie wir globalen Herausforderungen mit globaler Forschung begegnen können“, betont Manuel Spannagl vom Helmholtz Zentrum München. Nun kenne man etwa die Gene für Resistenzen gegen Schädlinge, Pilze oder steigende Temperaturen sowie Dürren. Damit kann die Effizienz in der Züchtung erhöht und beschleunigt werden, um beispielsweise Weizensorten zu züchten, die gegen Hitze, Dürre und Schädlinge resistent sind und gleichzeitig hohe Erträge einbringen.

Quelle: Helmholtz Zentrum München

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Gersten-Pangenom - auf dem Weg zur „gläsernen Pflanze“

Vielfalt von Gerste und Weizen. Foto: Andreas Bähring, IPK

Ein internationales Forschungsteam unter Führung des Leibniz-Institutes für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) hat auf dem Weg zur „gläsernen Pflanze“ Gerste einen Meilenstein erreicht. Die Forschenden schlossen mit der vollständigen Sequenzierung von 20 unterschiedlichen Genotypen den ersten Schritt zur Entschlüsselung der Erbinformation der gesamten Spezies „Gerste“ - des Gerste Pan-Genoms - ab. Züchter werden von diesen neuen Erkenntnissen profitieren, die nun im Magazin Nature ( https://doi.org/10.1038/s41586-020-2947-8 ) veröffentlicht worden sind. Dabei fielen den Forschenden Inversionen auf. „Die Beschreibung solcher Inversionen in Gerste ist neu“, sagt Prof. Dr. Nils Stein. „Sie können eine entscheidende Rolle im züchterischen Prozess spielen, weil sie Rekombination verhindern, also die züchterische Neukombination gewünschter Merkmale unmöglich machen.“ Doch nicht nur das: „Diese natürlich auftretenden oder künstlich ausgelösten Inversionen sind Zeugnis für eine erhebliche Dynamik in der Genomorganisation dieser wichtigen Kulturart.... und haben so einen neuen Schatz an Informationen für die Züchtung erschlossen.“

Quelle: IPK (pdf)

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News · Forschungsergebnis

Nachweis ersten tierischen Lebens durch geologisch veränderte Algen-Moleküle verfälscht

Expedition mit L. van Maldegem im Grand Canyon. Gesteine aus dieser Region haben erste Hinweise darauf geliefert, dass die fossilen Steroide aus Umwandlungsreaktionen stammen. Foto: Lennart van Maldegem

Forschende haben eine langjährige Kontroverse über den Ursprung des komplexen Lebens auf der Erde gelöst. Wie die Forschenden des Jenaer Max-Planck-Instituts für Biogeochemie heraus fanden, sind fossile, aus 635 Millionen Jahre alten Gesteinen isolierte Lipidmoleküle, doch nicht die frühesten Hinweise auf Tiere. Wie sie gemeinsam mit Kolleg*innen zeigen, etnstehen diese fossilen Moleküle durch geologische Prozesse aus Vorläufer-Molekülen gewöhnlicher Algen. Ihre Regebnisse publizierten sie in zwei komplementären Artikeln im Fachjournal Nature Ecology and Evolution (www.nature.com/articles/s41559-020-01334-7 und www.nature.com/articles/s41559-020-01336-5).

Quelle: MPI für Biogeochemie

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News · Forschungsergebnis

Epigenetik in Bäumen hilft bei Altersdatierung

Buchen im Steigerwald. Foto: Michele Serra, TUM

Ähnlich wie genetische Mutationen entstehen epigenetische Veränderungen, welche nicht auf der primären DNA-Sequenz geschehen, bei Pflanzen manchmal zufällig und können über Generationen hinweg übertragen werden. Ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) zeigt nun erstmals am Beispiel von Bäumen, dass solche „Epimutationen“ über die Lebenszeit einer Pflanze hinweg kontinuierlich zunehmen und als molekulare Uhr genutzt werden können, um das Alter eines Baumes zu bestimmen. Ihre Arbeiten stellen sie in zwei Artikeln im Fachmagazin Genome Biology (DOI: https://doi.org/10.1186/s13059-020-02162-5 und https://doi.org/10.1186/s13059-020-02161-6) vor.

Quelle: TUM

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News · Forschungsergebnis

Neue Erbsen-Viren stellen Diagnostiker und Anbauer vor Herausforderungen

Angestoßen durch ein deutschlandweites Auftreten neuer Pflanzenviren an Leguminosen im Jahr 2016 begann das Team um den Pflanzenvirologen Dr. Heiko Ziebell, das so genannte Virom der Erbse, also die Gesamtheit aller an Erbsen vorkommenden Viren, genauer zu untersuchen. Die Forschenden des Julius Kühn-Instituts (JKI) kooperierten dazu mit Forschenden aus Neuseeland von der Universität Auckland. Insgesamt wurden in den deutschen Proben 35 Viren und 9 virusassoziierte Nukleinsäuren gefunden. Neben bereits bekannten Viren wie den ubiquitär verbreiteten Erbsen-Enation-Mosaik-Viren 1 und 2, identifizierten die Forschenden auch 25 Viren, die bislang noch nicht in Deutschland auftraten, darunter sogar komplett neue Virusspezies, die noch nicht beschrieben sind. Die Ergebnisse der Untersuchung sind jetzt im Journal Frontiers of Microbiology (DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.583242) erschienen.

Quelle: JKI

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News · Forschungsergebnis · Wirtschaft

Ökonomischer Nutzen der Bestäubung durch Insekten höher als angenommen

In der Simulationsstudie berechneten die Forschenden den volkswirtschaftlichen Nutzen der Bestäuber-Arbeit. Foto: Manuel Narjes, Uni Hohenheim

Eine Billion US-Dollar oder circa ein Prozent des weltweiten Bruttosozialprodukts ist die Arbeit von Tieren, allen voran von Insekten, bei der Bestäubung von Blüten wert. Dieser enorme Wert ist das Ergebnis einer neuen Simulationsstudie von Forschenden der Universität Hohenheim in Stuttgart. Allein in Deutschland würde die Gesellschaft bei einem Wegfall aller bestäubenden Insekten im Durchschnitt rund 3,8 Milliarden Euro verlieren. Nachzulesen sind die Details der Studie jetzt im Fachjournal Ecological Economics (DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2020.106860).

Quelle: Uni Hohenheim

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News · Forschungsergebnis

Klimaverbesserte Mais-Hybridsorten

Mais Landrasse. Foto: Tom Freudenberg, pict-images, TUM

Mit einer Kombination aus neuen molekularen und statistischen Methoden konnte ein Forschungsteam um Chris-Carolin Schön, Professorin für Pflanzenzüchtung an der Technischen Universität München (TUM) zeigen, dass das Material aus Genbanken für die Verbesserung von Merkmalen in der Maispflanze genutzt werden kann. Damit wird das genetische Potenzial von alten Sorten, so genannten Landrassen, nutzbar. Das Team hatte einige Landrassen auf das Merkmal Kältetoleranz hin untersucht. Dazu haben sie eine genombasierte Methode entwickelt, um neue vorteilhafte Gene in Landrassen zu identifizieren und genetische Ressourcen gezielt zu nutzen. Das berichteten sie Anfang Oktober im Fachmagazin Nature Communications unter dem Titel Discovery of beneficial haplotypes for complex traits in maize landraces (https://www.nature.com/articles/s41467-020-18683-3). „Damit eröffnet sich der Weg, neue klimaverbesserte Hybridsorten zu entwickeln,“ fasst Manfred Mayer, Erstautor der Studie zusammen. So können alte Sorten können helfen, klimaangepasste neue Sorten zu züchten.

Quelle: TUM

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News · Forschungsergebnis

Mehr Pflanzenvielfalt, weniger Pestizide

Artenreiche Pflanzengemeinschaften haben zahlreiche Vorteile und können dazu beitragen, Schädlinge einzudämmen. Foto: Anne Ebeling

Eine höhere Pflanzenvielfalt in Wiesen verbessert die natürliche Abwehr gegen Schädlinge. Sie unterstützt natürliche Fressfeinde und bietet gleichzeitig weniger nahrhaftes Futter für pflanzenfressende Insekten. Das fand ein Forschungsteam unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) anhand zweier Langzeitexperimente in Deutschland und den USA heraus. Die Ergebnisse ihrer Forschung wurden in Science Advances (https://advances.sciencemag.org/content/6/45/eabb6603) veröffentlicht und zeigen, dass eine höhere pflanzliche Artenvielfalt zu einer verbesserten natürlichen Abwehr gegen Schädlinge und somit auch zu einem geringeren Pestizideinsatz in der Landwirtschaft beitragen könnte.

Quelle: iDiv

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News · Forschungsergebnis

Trehalose 6-Phosphat fördert die Samenfüllung durch Aktivierung der Auxin-Biosynthese

Trehalose-6-phosphat (T6P) fördert die Akkumulation von Reservestärke und die Embryodifferenzierung in Erbsen durch Aktivierung der Auxin-Biosynthese. Grafik: Meitzel, IPK

Die Differenzierung des jungen Pflanzen-Embryos von einer meristemähnlichen Struktur in ein hochspezialisiertes Speicherorgan wird vermutlich durch lokale Verbindungen zwischen Zuckern und hormonellen Antwortsystemen gesteuert. Durch Modulation des Trehalose-6-phosphat (T6P)-Gehalts in wachsenden Embryonen der Gartenerbse (Pisum sativum) untersuchte ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) die Rolle dieses Signalzuckers während des Prozesses der Samenfüllung und beschrieb sie im Fachmagazin New Phytologist (DOI: https://doi.org/10.1111/nph.16956).

Quelle: IPK

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News · Forschungsergebnis

Genetik des Wirts bestimmt Zusammensetzung von Viren-Gemeinschaften

Als Untersuchungsobjekt wählte das Forschungsteam den Spitzwegerich, der durch Teilung der Wurzeln geklont werden kann, was zu genetisch identischen Nachkommen führt. Foto: Mikko Immonen

Pflanzen können von mehreren Viren gleichzeitig befallen werden. Die Zusammensetzung der Erreger ist jedoch unterschiedlich, auch wenn die Individuen zur selben Art und Population gehören. Ökologinnen der Universität Zürich haben nun gezeigt, dass diese Unterschiede in erster Linie auf genetische Variation zwischen den Wirten zurückzuführen sind. Der Verlust der genetischen Vielfalt könnte Arten somit anfälliger für Infektionen und Artensterben machen, wie das Forschungsteam um Prof. Dr. Anna-Liisa Laine der Universität Zürich (UZH) im Fachjournal Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-19273-z).

Quelle: UZH

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News · Forschungsergebnis

Pflanzen schützen sich vor selbstverursachten Luftschadstoffen

Die Innsbrucker Wissenschaftler haben den Gasaustausch von jungen Pappeln im Labor unter kontrollierten Bedingungen studiert. Foto: Uni Innsbruck

Bäume und anderen Pflanzen geben Isopren an die Atmosphäre ab. Durch Oxidationsprozesse entstehen daraus für Pflanzen schädliche Verbindungen. Forschende vom Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik der Universität Innsbruck haben nun einen Mechanismus aufgedeckt, mit dem sich die Pflanzen vor diesen Verbindungen schützen, und entdeckten damit eine wichtige biogene Quelle von oxidierten flüchtigen organischen Verbindungen in der Atmosphäre. Darüber berichten Sie im Fachjournal Communications Earth & Environment (DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-020-00041-2).

Quelle: Uni Innsbruck

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News · Forschungsergebnis · Politik

Internationales Forschungsteam fordert europaweite Phosphat-Richtlinie

Sumpf-Herzblatt (Parnassia palustris), auch Studentenröschen genannt, ist eine der bedrohten Arten, die in dieser Studie erforscht wurde. Foto: Dr Jerry van Dijk

Durch eine europaweite Nitrat-Richtlinie will die EU Stickstoffemissionen in der Umwelt reduzieren. Es wird angenommen, dass dies gleichzeitig viele gefährdete Pflanzenarten schützen könnte, von denen viele unter hohen Nährstoffkonzentrationen in der Umwelt leiden. Aber gerade die Nitrat-Richtlinie der EU könnte dazu führen, dass viele der seltenen und bedrohten Pflanzenarten besonders leiden. Das hat ein internationales Forschungsteam der Universitäten Göttingen, Utrecht und Zürich herausgefunden. Ihre Studie wurde in der internationalen Zeitschrift Nature Ecology and Evolution (DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-020-01323-w) veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

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News · Forschungsergebnis

Hanfpflanzen als Alternative zur „durstigen“ Baumwolle

Hanfpflanzen im Feldversuch bei Trockenheit. Foto: Flemming, Copyright: ATB

Wie Ergebnisse aus dem Trockenjahr 2018 zeigen, nutzen Hanfpflanzen (Cannabis sativa L.) das Wasser etwa sechsmal effizienter für die Biomassebildung als Baumwolle (durchschnittliche Wasserproduktivität von Industriehanf 2,4 kg Trockenmasse pro Kubikmeter genutztem Wasser vs. Baumwolle 0,4 kg pro Kubikmeter). Die Studie der Wissenschaftler*innen des Leibniz-Instituts für Agrartechnik und Bioökonomie (ATB) wurde kürzlich im Fachblatt Water (DOI: https://doi.org/10.3390/w12112982) veröffentlicht.

Quelle: ATB

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Trockensommer 2018: Ein Zehntel der mitteleuropäischen Wälder litt unter verfrühtem Laubfall

Bereits im Juli 2018 vertrockneten sich an vielen Buchen in der Nordschweiz die Blätter. Foto: Ulrich Wasem, WSL

In zehn Prozent der Wälder in Zentraleuropa verloren Bäume im Trockensommer 2018 manche oder alle ihre Blätter zu früh. Dies zeigen Berechnungen und Satellitenbildanalysen der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL). Am stärksten betroffen waren Mittel- und Ostdeutschland, sowie Tschechien. Da es in den Bergen weniger heiss und trocken war, erlitten Schweizer Wälder weniger Schäden, berichten die Forschenden am 23. Oktober im Fachjournal Global Change Biology. Dazu hatte es hatte ein Rechenmodell (Algorithmus) programmiert, das anhand von Luftbildern und Satellitenmessungen die Verbreitung von frühzeitigem Laubfall in ganz Zentraleuropa – von Norddeutschland bis Norditalien – berechnete.

Quelle: WSL

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News · Forschungsergebnis

Molekularer Kompass für die Ausrichtung von Zellen

Beispiel für ein defekte Regeneration verletzter Gefäße. Aufnahmen: Jakub Hajný, IST Austria

Wie Pflanzenzellen das Signal des Hormons Auxin in ihr "Venensystem" übersetzen, schildern Forschende aus der Gruppe von Prof. Jiri Friml vom Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) im Fachmagazin Science (DOI: https://doi.org/10.1126/science.aba3178%20). "Auxin entscheidet welche Zellen sich zu vaskulärem Gewebe entwickeln, wodurch es die komplizierten Venenmuster steuern kann.", erklärt Jakub Hajný, der die Studie leitete. Nehmen die Zellen das Auxin-Signal nicht wahr, bilden sich unorganisierte Adern mit Unterbrechungen, die die Nährstoffverteilung einschränken. Im Falle einer mechanischen Beschädigung vermindert dies auch die Regeneration der Pflanze. Die Erkenntnisse könnten helfen, mechanisch widerstandsfähigere Pflanzen zu entwickeln.

Quelle: IST Austria

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News · Forschungsergebnis

Stoffwechselmodell zeigt wassersparende Formen der CAM-Photosynthese

Die Forschenden entwickelten ein kombiniertes Blattstoffwechsel-/Gasaustausch-Modell zur Vorhersage von Wassereinsparung und Produktivität in gemäßigten Klimazonen. Grafik: IPK Gatersleben

Ob ein vollständiger Zyklus des Crassulaceen-Säurestoffwechsels (CAM) auch die beste Lösung für C3-Pflanzen ist, die in gemäßigten Klimazonen angebaut werden, haben Forschende nun in Modellierungen untersucht. Dabei ging es um einen möglichst guten Ausgleich im Spannungsfeld zwischen Wasserverlust auf der einen Seite und Produktivität auf der anderen Seite. Zusammenfassend zeigt die Studie das Potenzial zur Wassereinsparung durch die Einführung eines alternativen CAM Stoffwechselzykluses in C3-Pflanzen unter einer Vielzahl von Umweltbedingungen und schlägt umweltspezifische Ziele für die Entwicklung dürreresisterer Pflanzen vor. Dr. Nadine Töpfer vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) sagt: „Die Modellierung ist ein leistungsfähiges Werkzeug zur Erforschung komplexer Systeme und liefert Erkenntnisse, die als Richtschnur für die Arbeit im Labor und im Feld dienen können. Ich glaube, dass unsere Ergebnisse den Forschern, die das wassersparende Merkmal von CAM-Pflanzen auf andere Arten übertragen wollen, Anregungen und Ideen liefern werden.“ Ihre Ergebnisse haben sie im Magazin The Plant Cell (DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.20.00132) veröffentlicht.

Quelle: IPK (pdf)

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News · Forschungsergebnis

Klimawandel verursacht Artensterben in Mooren

Das Hirschbäder Moor ist ein Moorkomplex aus lebendem Hochmoor mit rotem Torfmoos, stagnierendem Hochmoor und eingestreuten offenen Wasserflächen, den sogenannten Schlenken. Foto: Thomas Sperle

Schon heute hinterlässt der Klimawandel in den Mooren im Schwarzwald seine Spuren. Durch steigende Temperaturen und längere Trockenperioden sind dort in den vergangenen 40 Jahren bereits zwei typische Pflanzenarten ausgestorben. Gleichzeitig ging der Bestand vieler weiterer Arten um ein Drittel zurück. Zehn weitere typische Moorarten könnten in den nächsten Jahren aussterben, schreiben Forscher der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig im Fachmagazin Diversity and Distributions (DOI: https://doi.org/10.1111/ddi.13184). In ihrer Studie gehen die Biologen davon aus, dass bei gleichbleibenden Verhältnissen bis 2045 zehn weitere Moor-Spezialisten verschwinden werden. Das sei ein alarmierendes Zeichen, da es keine Möglichkeiten gebe, dem Artensterben in Hoch- und Quellmooren gezielt entgegenzusteuern, sagt der Geobotaniker Prof. Dr. Helge Bruelheide von der MLU. "Fehlender Regen lässt sich nicht ohne Weiteres ersetzen."

Quelle: MLU

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News · Forschungsergebnis

Intensive Landnutzung stört Wechselwirkungen in Ökosystemen

Eine hohe Intensität in der Land- und Forstwirtschaft untergräbt die biologische Vielfalt und den Nutzen, den Menschen aus Ökosystemen ziehen können. Eine internationale Studie unter Leitung des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Universität Bern zeigt erstmals, wie die Intensität der Landnutzung die Wechselwirkungen zwischen drei Ökosystem-Eigenschaften beeinflusst: Biodiversität, Funktionen von Ökosystemen sowie deren Leistungen für die Menschen. Die Studie wurde in PNAS (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2016210117) veröffentlicht.

Quelle: Uni Bern

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News · Forschungsergebnis

Wie der Karrikin-Signalweg das Wurzelwachstum steuert

Caroline Gutjahr untersucht die Pflanzen in der Klimakammer. Foto: U. Benz, TUM

Die dynamische Änderung des Wurzelwachstums von Pflanzen ist wichtig für ihre Anpassung an Nährstoffe oder Feuchtigkeit im Boden. Daher ist je nach Situation eine kurze oder eine lange Wurzel vorteilhaft. Wie Forschende an der Modellpflanze für Hülsenfrüchtler Lotus japonicus herausfanden, bremst das Protein SMAX1 die Produktion von Ethylen. Die Bremse SMAX1 kann gelöst werden, wenn der sogenannte Karrikin-Signalweg, aktiviert wird, wodurch ein weiteres Hormon ins Spiel kommt. Dadurch wird die Herstellung von Ethylen angeschaltet, was dazu führt, dass die Wurzeln kurz bleiben und die Wurzelhaare in die Länge wachsen. Damit ist es dem Team um Caroline Gutjahr, Professorin für Pflanzengenetik an der Technischen Universität München (TUM) erstmals gelungen, die molekularen Vorgänge nachzuvollziehen, die durch den Karrikin-Signalweg angeschaltet werden. In ihrer Veröffentlichung vom 1. September in der Fachzeitschrift PNAS (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2006111117) zeigen sie außerdem, durch welche molekularen Mechanismen dieser Signalweg Entwicklungsprozesse in Pflanzen reguliert.

Quelle: TUM

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News · Forschungsergebnis

Veränderte Blühphasen von Pflanzen durch geringere Insektendichte

Ecotron-Einheiten im Forschungszentrum des iDiv. Foto: iDiv

Die Blumen auf der Wiese blühen in voller Pracht – aber weit und breit ist keine einzige Biene zu sehen. Was heute noch unwahrscheinlich klingt, könnte in Zukunft durchaus häufig vorkommen. Denn Insekten haben einen entscheidenden Einfluss auf die Biodiversität und Blühphasen von Pflanzen. Fehlen Insekten im Umfeld der Pflanzen, verändert sich deren Blühverhalten. Dies kann dazu führen, dass die Lebenszyklen der Insekten und die Blütezeit der Pflanzen nicht mehr übereinstimmen. Gehen die Insekten aber zur falschen Zeit auf Nektarsuche, werden manche Pflanzen nicht mehr bestäubt, haben Forschende der Uni Jena und des iDiv herausgefunden uind schildern ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Frontiers in Plant Science, (DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2020.542125).

Quelle: Uni Jena

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News · Forschungsergebnis · Politik

Sicherheitsnetz für die Biodiversität gefordert

Um dem alarmierenden Rückgang der biologischen Vielfalt entgegenzuwirken, braucht es ein „Sicherheitsnetz" aus miteinander verbundenen ehrgeizigen Zielen. Denn kein einzelnes Ziel kann dem breiten Spektrum der Anforderungen gerecht werden, so das Fazit eines großen internationalen Teams mit dem Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und dem Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB). Die in der Fachzeitschrift Science (DOI: https://doi.org/10.1126/science.abe1530) erschienene Studie skizziert die wissenschaftliche Grundlage für die Neugestaltung der Ziele der UN-Konvention über die Biologische Vielfalt (CBD).

Quelle: IGB

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News · Forschungsergebnis

Das Rätsel tropischer Baumartenvielfalt

Tropischer Wald. Foto: Lisa Hülsmann, UR

In einem Übersichtsartikel in der Fachzeitschrift Trends in Ecology and Evolution (DOI: https://doi.org/10.1016/j.tree.2020.10.003) empfehlen Forscher*innen der Universität Regensburg (UR) und der Nationalen Universität Singapur eine vorsichtigere Einschätzung der sog. Janzen-Connell-Hypothese. Ihre Zusammenfassung des aktuellen Wissensstandes enthüllt zwei wichtige ungelöste Fragen. Erstens sei nicht klar, ob die Wechselwirkungen zwischen benachbarten Bäumen stark genug sind, um einen wesentlichen Einfluss auf die Vielfalt der Bäume zu haben. Zweitens könne noch nicht gesagt werden, ob der regulatorische Effekt in den Tropen tatsächlich stärker oder häufiger ist.

Quelle: UR

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News · Forschungsergebnis

Ist das größte Biom auf unserem Planeten in Gefahr?

Fossiles Plankton in Meeresablagerungen haben Forschende nun neu untersucht und belegen, dass marines Plankton bei Temperaturänderungen im Neogen nicht etwa abwanderte sondern ausstarb. Plankton ist für die Hälfte der Sauerstoffproduktion auf unserem Planeten verantwortlich. Planktonökologen haben bisher vorausgesagt, dass bei der globalen Erwärmung das Plankton in höhere Breitengrade mit kühlerem Meerwasser wandert und es keine Änderungen in der Zusammensetzung der Ökosysteme gibt. Nun haben die Forschenden herausgefunden, dass in der Vergangenheit - bei ähnlich großen Temperaturschwankungen - die Arten nicht wanderten, sondern ausstarben. Das schildert ein Team von Forschenden des Museums für Naturkunde Berlin (MfN) in Zusammenarbeit mit der Universität von Reno, Nevada, USA in einer in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlichten Studie (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-18879-7).

Quelle: MfN

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News · Anwendung · Forschungsergebnis

Vanille-Anbau unter Bäumen fördert Schädlingsregulation

Dominik Schwab und Feldassistent Gatien Rasolofonirina bei der Feldforschung. Foto: Annemarie Wurz, Uni Göttingen

Der Anbau von Vanille in Madagaskar bringt den Kleinbäuerinnen und Kleinbauern ein gutes Einkommen, aber ohne Bäume und Büsche können die Plantagen sehr artenarm sein. Agrarökologinnen und Agrarökologen der Universität Göttingen haben in Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen der Universität in Antananarivo (Madagaskar) das Zusammenspiel von Beutetieren und ihren Räubern in den Anbauflächen untersucht. Dafür brachten sie experimentell Beuteattrappen aus, um die Aktivität der natürlichen Gegenspieler ermitteln zu können. Das Ergebnis: Mit zunehmendem Baumanteil wurde mehr Beute attackiert. Diese Schädlingskontrolle ist vorteilhaft für den landwirtschaftlichen Anbau, wie die Forschenden im Fachmagazin Journal of Applied Ecology (DOI: https://doi.org/10.1111/1365-2664.13766) berichten.

Quelle: Georg-August-Universität Göttingen

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News · Forschungsergebnis

Wie Tomaten den Teufelszwirn als Schädling erkennen

Den molekularen Dialog zwischen Tomatenpflanzen und dem Schädling Teufelszwirn (Cuscuta spp.), schildern Forschende um Prof. Dr. Markus Albert von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) in Zusammenarbeit mit Kolleg*innen der Uni Tübingen, der Uni Tromsø, der UC Davis und des Sainsbury Laboratory in Norwich heute im Fachmagazin Nature (https://www.nature.com/articles/s41467-020-19147-4). Demnach besitzt der Parasit ein sogenanntes Glycin-reiches Protein (GRP), das von dem Rezeptor CuRe1 der Tomate als „fremd“ erkannt wird, was schließlich die Immunreaktion auslöst. Die neuen Erkenntnisse über den molekularen Dialog zwischen Cuscuta-Marker und Tomaten-Rezeptor könnten dazu beitragen, die Resistenz von Kulturpflanzen gegenüber pflanzlichen Parasiten zu erhöhen, da der Teufelszwirn auch andere Kulturpflanzen wie Raps, Mais, Soja, Lein oder Futterklee befällt.

Quelle: FAU

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News · Forschungsergebnis

Wie Chloroplasten ihre eigene Entwicklung regeln

Links: Arabidopsis-Wildtyp. Rechts: Eine pap8-Inaktivierteungs-Mutante mit blockierter Chloroplasten-Entwicklung. Da die Albino-Mutante allein nicht lebensfähig ist, wurde dem Nährmedium Zucker als Kohlenstoffquelle zugesetzt. Foto: Monique Liebers, Uni Hannover

Die frühe Photomorphogenese, also das Ergrünen und Wachsen der ersten Blätter von Keimlingen nach dem Durchbrechen der Erdoberfläche, und die Bildung der Photosynthese-treibenden Chloroplasten ist ein präzise kontrollierter, komplexer Prozess. In Arabidopsis-Keimlingen koordiniert ein neu entdecktes Protein, PAP8 genannt, die Expression der für das Ergrünen notwendigen Photosynthese-Gene in Plastiden und im Zellkern. PAP8 ist ein Plastiden-lokalisiertes Protein, wird aber von dort auf noch unbekanntem Weg zurück in den Zellkern transferiert und koppelt so die Aktivität dieser zwei genetischen Kompartimente. Wie das Team um den Pflanzenphysiologen Prof. Dr. Thomas Pfannschmidt der Leibniz-Universität in Hannover und um Prof. Dr. Robert Blanvillain aus dem französischen Grenoble zeigt, spielen die Chloroplasten damit also eine aktive Rolle in ihrer eigenen Entwicklung. Dies haben die Forschenden Albino-Mutanten ohne Chloroplasten entlockt und berichteten vor kurzem über dieses sog. Retrogade Signalling im Fachmagazin The EMBO Journal (DOI: https://doi.org/10.15252/embj.2020104941).

Quelle: The EMBO Journal

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News · Forschungsergebnis

Vorteile molekularer Züchtungsmethoden mit Gentechnik

Reisanbau in Indonesien: Arme Menschen ernähren sich oft vorwiegend von Grundnahrungsmitteln. Foto: Matin Qaim

Über zwei Milliarden Menschen weltweit leiden an Mikronährstoffmangel durch unzureichende Aufnahme von Vitaminen und Mineralstoffen. Arme Bevölkerungsgruppen in den Entwicklungsländern sind besonders betroffen, weil sie sich häufig überwiegend von Grundnahrungsmitteln ernähren, die zwar viele Kalorien, aber nur wenig Mikronährstoffe enthalten. In einem neuen Übersichtsartikel zeigt ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Göttingen, wie Gentechnik helfen kann, den Mikronährstoffmangel nachhaltig zu bekämpfen. Der Artikel wurde in der Fachzeitschrift Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-19020-4) veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

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News · Forschungsergebnis

Gen für schlanke Gersten-Ähren aufgespürt

Gerstenfeld bei Halle. Foto: Nadja Sonntag, Uni Halle

Blütenstände von Gräsern haben häufig sehr unterschiedliche Formen. Einem internationalen Forscherteam ist es nun gelungen, ein Gen zu identifizieren, das dabei eine entscheidende Rolle spielt und dafür sorgt, dass Gerste die charakteristischen schlanken Ähren ohne größere Verzweigungen ausbildet. Im Vergleich zu anderen Gräsern hat das Gen COMPOSITUM1 (COM1) im Laufe der Evolution eine neue Funktion erhalten. Die Ergebnisse publizierten die Forschenden vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) heute im Magazin Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-18890-y).

Quelle: IPK (pdf)

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News · Forschungsergebnis

Globale Nahrungsmittelproduktion bedroht das Klima

Für den Anstieg der klimaschädlichen Lachgaskonzentration in der Atmosphäre ist vor allem der Düngemitteleinsatz in der Landwirtschaft verantwortlich. Foto: Markus Breig, KIT

Die Konzentration von Distickstoffoxid – auch Lachgas genannt – in der Atmosphäre steigt stark und treibt den Klimawandel an. Es ist neben CO2 und Methan das drittwichtigste durch menschliche Aktivitäten freigesetzte Treibhausgas. Für die menschengemachten Lachgasemissionen ist vor allem der Düngemitteleinsatz in der Landwirtschaft verantwortlich. Durch die wachsende Nachfrage nach Nahrungs- und Futtermitteln könnte der Ausstoß künftig noch zunehmen. Das hat eine in der Zeitschrift Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-020-2780-0) publizierte internationale Studie ergeben, an der das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) beteiligt war.

Quelle: KIT

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News · Forschungsergebnis

Langfristige Folgen von Veränderungen in pflanzlicher Artenvielfalt schwer vorhersehbar

Die Experimente des Forscherteams fanden unter anderem in der Saaleaue statt, wo das "Jena-Experiment" zur funktionellen Biodiversitätsforschung läuft. Foto: Nico Eisenhauer

Die Beziehungen zwischen Pflanzenmerkmalen und Ökosystemfunktionen ändern sich von Jahr zu Jahr. Das hat ein internationales Forscherteam unter Leitung der Universität Leipzig in einem Langzeitexperiment zu den Veränderungen in der Artenvielfalt der Pflanzen für die Funktionsweise von Ökosystemen im sog. Jena-Experiment untersucht. Die Vorhersage der langfristigen Folgen des Wandels der biologischen Vielfalt sei daher äußerst schwierig, schreiben sie in einem Beitrag für das Fachjournal Nature Ecology & Evolution (https://www.nature.com/articles/s41559-020-01316-9). Das ist auch deshalb schwierig, weil die gesamte Komplexität der biotischen und abiotischen Interaktionen berücksichtigt werden muss, wie Beteiligte vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) schreiben.

Quelle: Uni Leipzig

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News · Forschungsergebnis

Evolution in Aktion: Neue Pflanzenart in den Schweizer Alpen

Cardamine insueta ist erst vor kurzem im Urnerboden entstanden. Foto: Rie Shimizu-Inatsugi

Die neue Pflanze Cardamine insueta tauchte im Urnerboden, einem kleinen Alpendorf in der Zentralschweiz, vor rund 150 Jahren auf, als sich die Schweizer Alpenregion vom Wald zum Grasland wandelte. Die neu entstandene Art aus der Gattung der Schaumkräuter konnte nur dank zwei vererbten Schlüsselmerkmalen der Elternpflanzen in einer ausgeprägten Umweltnische überleben, wie Forschungen der Universität Zürich zeigen, die die Forschenden im Fachmagazin Frontiers in Genetics (DOI: https://doi.org/10.3389/fgene.2020.567262) publizierten.

Quelle: Uni Zürich

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News · Anwendung · Forschungsergebnis

Analyse von Pollen automatisiert

Jede Reihe zeigt ein einzelnes Pollenkorn einer bestimmten Pflanzenart mit einer normalen mikroskopischen Aufnahme (Bilder links) und Fluoreszenzaufnahmen für verschiedene Spektralbereiche (farbige Bilder rechts). Aufnahme: Susanne Dunker

Ob Pollenflugvorhersage, Honiganalyse oder das Verstehen klimabedingter Veränderungen von Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen – die Analyse von Blütenpollen spielt in vielen Forschungsbereichen eine wichtige Rolle. Goldstandard ist dabei nach wie vor die Mikroskopie, die jedoch viel Zeit und Expertise erfordert. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) haben in Kooperation mit der Technischen Universität (TU) Ilmenau nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sie die Pollenanalyse automatisieren können. Ihre Studie ist im Fachmagazin New Phytologist (DOI: https://doi.org/10.1111/nph.16882) veröffentlicht.

Quelle: UFZ

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News · Forschungsergebnis

Wie die Venus-Fliegenfalle zählt

Berührt ein Beutetier die Sinneshaare der Venusfliegenfalle, wird ein Aktionspotential ausgelöst. Diese elektrische Information wird dann in eine chemische Kalziumwelle übersetzt. Grafik: Sönke Scherzer, Uni Würzburg

Die fleischfressende Venus-Fliegenfalle schnappt zu, wenn ein Beutetier sie innerhalb von 30 Sekunden zweimal berührt. Wie das Kurzzeitgedächtnis und die Zählweise dieser Pflanze funktionieren, berichten Japanische Forschende gemeinsam mit ihren Kollegen von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg in der Fachzeitschrift Nature Plants (DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-020-00773-1).

Quelle: Uni Würzburg

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News · Anwendung · Forschungsergebnis

Kohlenstoff-Speicher aus dem Labor

Ein Laborstamm des Torfmooses Sphagnum centrale wächst auf festem Medium. Foto: Melanie Heck

Gemeinsam mit Forschenden der Universität Greifswald ist es einem Team um den Biotechnologen Prof. Dr. Ralf Reski von der Fakultät für Biologie der Universität Freiburg gelungen, die weltweit größte Laborsammlung an Moos-Arten der Gattung Sphagnum zu erstellen. Mit ihren axenischen Kulturen schaffen sie eine Grundlage, um Torfmoose nachhaltig und wirtschaftlich zu vermehren, was der Torfwirtschaft wie der Wissenschaft dient. Ihre Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift New Phytologist (DOI: https://doi.org/10.1111/nph.16922) veröffentlicht. Erstautorin ist die Doktorandin Melanie Heck. Mit ihren zahlreichen Torfmoosarten haben Moore etwa 30 Prozent des weltweit im Boden gespeicherten Kohlenstoffs gebunden. Damit steckt in ihnen etwa doppelt so viel Kohlenstoff wie in allen Wäldern der Erde zusammen.

Quelle: Uni Freiburg

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News · Anwendung · Forschungsergebnis

Intelligente Software für 3D-Bilder von Pflanzenorganen

Die Mikroskopie liefert Bilder für den Algorithmus, der dann die zellulären Strukturen von Pflanzen abgrenzt und die Segmentierung klarer macht. Bild: K. Schneitz, TUM

Unter Einsatz von Künstlicher Intelligenz haben Forscherinnen und Forscher ein neuartiges computergestütztes Verfahren der Bildverarbeitung für die Pflanzenwissenschaften entwickelt. In bisher nicht gekannter Präzision ermöglicht es die detailgetreue 3D-Darstellung aller Zellen in verschiedensten pflanzlichen Organen. Prof. Kay Schneitz, Professor für Entwicklungsbiologie der Pflanzen an der Technischen Universität München (TUM), seine Mitarbeiter, die Molekularbiologen Athul Vijayan und Rachele Tofanelli, haben nun gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus den Computerwissenschaften und der Physik ein neues Werkzeug entwickelt, das dreidimensionale Darstellungen liefert und damit die bislang verwendeten 2-D-Techniken verbessert. Das PlantSeg genannte Tool ermöglicht nicht nur Untersuchungen zur Entwicklung von pflanzlichen Organen in bisher nicht gekannter Präzision, sondern auch die Analyse von Gewebeveränderungen die durch Schädlingsbefall oder Umweltstresse wie Hitze entstehen. Dadurch erhoffen sich die Wissenschaftler*innen ein besseres Verständnis davon, wie Pflanzen auf Umweltbedingungen reagieren. Das Tool bieten sie via Github zum Download (https://github.com/hci-unihd/plant-seg). Die Forschenden trainierten PlantSeg an 3D-Mikroskopbildern reproduktiver Organe und Wurzeln des Pflanzenmodells Arabidopsis thaliana, wie sie im Fachjournal eLife (DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.57613) berichten.

Quelle: TUM

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Wie künstliche Intelligenz zum Schutz von Orchideen und anderen Arten beiträgt

Die Orchidee Gymnadenia conopsea kommt vor allem in Nordeuropa sowie in Mitteleuropa vor, wie hier in der Tschechischen Republik. Foto: Tiffany Knight

Orchideen erfreuen sich als Zimmerpflanzen großer Beliebtheit, in freier Natur sind viele Arten allerdings stark bedroht durch Landnutzung und illegale Ernte. Doch nur ein Bruchteil von ihnen steht auf der internationalen Roten Liste bedrohter Arten, denn die nötigen Fachgutachten sind enorm aufwendig. Ein neues und deutlich schnelleres automatisiertes Verfahren, entwickelt unter der Leitung von Biodiversitätsforschern aus Mitteldeutschland, zeigt, dass 30 % aller Orchideenarten potentiell gefährdet sind. Im Fachmagazin Conservation Biology (DOI: https://doi.org/10.1111/cobi.13616) beschreiben die Forschenden, wie ihr neuer Ansatz die naturschutzfachliche Prüfung für alle Arten weltweit beschleunigen könnte.

Quelle: iDiv

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News · Forschungsergebnis

Frucht-Merkmale und Pathogen-Reaktion von Wildtomaten-Linien

Vielfalt von Tomaten. Foto: IPK

Wildtomaten stellen einen wertvollen Genpool für agronomisch und ernährungsphysiologisch wichtige Merkmale dar. Dazu gehören z. B. eine bessere Anpassung an widrige Umgebungsbedingungen oder die Resistenz gegen bestimmte Krankheitserreger. Während der Domestikation sind diese oft verloren gegangen. Ein internationales Forscherteam, zu dem Forschende des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) und des Weizmann-Institutes für Wissenschaften in Israel gehörten, nutzte eine Introgressionspopulation einer wildwachsenden und einer domestizierten Tomate, um die Übertragung und Wirkung von Merkmalen aus der wildverwandten Tomate im Detail zu untersuchen. Die Ergebniss wurden im Magazin Nature Genetics (https://doi.org/10.1038/s41588-020-0690-6) veröffentlicht.

Quelle: IPK (pdf)

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News · Forschungsergebnis

Handbestäubung steigert Kakao-Ertrag

Manuel Toledo bei der Handbestäubung einer Kakaoblüte. Foto: Manuel Toledo, Uni Göttingen

Um die Produktion von Kakao zu steigern, gibt es sehr unterschiedliche Wege. Ein Forschungsteam der Universität Göttingen hat in einem gut replizierten Feldversuch in indonesischen Agroforstsystemen nun die relative Bedeutung des Einsatzes von Pestiziden, Dünger und Handbestäubung untersucht. Ihr Ergebnis: Eine Steigerung des Ertrags und des Einkommens bewirkten nicht die Agrochemikalien, sondern die Handbestäubung, wie sie im Fachmagazin Agriculture, Ecosystems and Environment (DOI: https://doi.org/10.1016/j.agee.2020.107160) berichten. In Zusammenarbeit mit Forscherinnen und Forschern sowie Studierenden der indonesischen Universität Palu fanden sie heraus, dass die Handbestäubung eine Ertragssteigerung bei den Kakaobäumen um 161 Prozent bewirkte. Nach Abzug der Kosten der Handbestäubung bedeutete das eine Steigerung des Einkommens der Kleinbäuerinnen und -bauern um 69 Prozent. Der erhöhte Einsatz von Pestiziden und Dünger brachte dagegen keine Steigerung des Ertrags.

Quelle: Uni Göttingen

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Ein Viertel aller fleischfressenden Pflanzen weltweit bedroht

Ein einzelnes verbliebenes Exemplar der Kannenpflanze Nepenthes neoguineensis in einer durch Bergbau zerstörten Region auf Papua-Neuguinea. Foto: A. Robinson

Ein internationales Forscherteam hat den Rote-Liste-Naturschutzstatus und die Bedrohungen für alle bekannten 860 Arten von fleischfressenden Pflanzen im 21. Jahrhundert ermittelt. Diese Pflanzen reagieren besonders empfindlich auf menschengemachte Einflüsse wie Klimawandel, Lebensraumzerstörung und Umweltverschmutzung. Die Ergebnisse des Teams um den Botaniker und Eduard-Strasburger-Preisträger Andreas Fleischmann von den Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns (SNSB) ist nun in der Fachzeitschrift Global Ecology and Conservation (DOI: https://doi.org/10.1016/j.gecco.2020.e01272) veröffentlicht.

Quelle: SNSB

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Genom-Duplikationen als evolutionäre Anpassungsstrategie

Genomduplikationen stellen bei den Landpflanzen einen herausragenden Prozess dar, um zusätzliche genetische Variabilität zur Verfügung zu stellen. Grafik: Marcus Koch

Genomduplikationen spielen eine maßgebliche Rolle bei der Ausbildung von Formen und Strukturen pflanzlicher Organismen sowie ihrer Veränderungen über lange evolutionäre Zeiträume hinweg. Das haben Biolog*innen der Universität Heidelberg unter Leitung von Prof. Dr. Marcus Koch in internationaler Kooperation bei Untersuchungen der Familie der Kreuzblütler herausgefunden. Um das Ausmaß der verschiedenen Ausprägungen über einen Zeitraum von 30 Millionen Jahren zu erfassen, wurden alle 4.000 Arten dieser Pflanzenfamilie bewertet und auf Gattungsebene auf ihre morphologische Vielfalt in allen charakteristischen Merkmalen untersucht. Die Forschungsergebnisse hat das Team im Juli in der Fachzeitschrift Nature Communications (https://www.nature.com/articles/s41467-020-17605-7) veröffentlicht und heute der Öffentlichkeit vorgestellt.

Quelle: Uni Heidelberg

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In Wäldern nicht aufräumen

Abgebrannter Eukalyptus-Urwald in Australien. Nach solchen Waldschäden sei es für die Biodiversität besser, nicht aufzuräumen, sagen Würzburger Wissenschaftler*innen. Foto: Simon Thorn

Nach Waldbränden, Borkenkäferbefall oder anderen Schädigungen sollte in den betroffenen Wäldern nicht aufgeräumt werden. Das schreibt ein Forschungsteam in der Fachzeitschrift Nature Communications (https://doi.org/10.1038/s41467-020-18612-4). Stürme, Brände, Borkenkäfer: Weltweit sind viele Wälder zunehmend von solchen und anderen natürlichen Störungen betroffen. Gängige Praxis ist es, die Folgen dieser Störungen zu beseitigen – also beschädigte Bäume schnellstmöglich zu ernten. Vom Borkenkäfer befallene Fichten werden ebenso aus dem Wald geholt wie verdorrte Buchen oder von Stürmen zu Boden geworfene Bäume. „Diese Praxis ist aber eine zusätzliche Störung, die sich negativ auf die biologische Vielfalt auswirkt“, sagt Dr. Simon Thorn, Waldökologe von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg. Bei Aufräumaktionen entstehen Bodenverletzungen, Totholz wird zum Großteil entfernt und Strukturen wie hochgeklappte Wurzelteller gehen verloren. „Darum sollte ein gewisser Teil solcher Störungsflächen von Aufräumaktionen ausgeschlossen werden“, sagt Thorn weiter. Bislang gab es keine belastbaren Zahlen dafür, welcher Flächenanteil in einem natürlich gestörten Wald unaufgeräumt bleiben sollte, um die Artenvielfalt zu fördern. Nun hat ein internationales Forschungsteam um Simon Thorn weltweite Daten zu natürlichen Störungen in Wäldern analysiert. Sie fassen zusammen: Werden rund 75 Prozent eines natürlich gestörten Waldgebietes nicht aufgeräumt, bleiben 90 Prozent des dortigen Artenreichtums erhalten. Lässt man nur die Hälfte eines gestörten Waldes unangetastet, geht rund ein Viertel der Arten verloren. „Diese Zahlen können als einfache Faustregel für das Belassen von Störungswäldern dienen“, sagt Thorn.

Quelle: Uni Würzburg

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Wie Australische Gräser über Feenkreise Ökosysteme wie "Ingenieure" bauen

Die aktive Bildung von fast kreisförmigen Graslandlücken (Feenkreise), vom Hubschrauber aus gesehen. Foto: Stephan Getzin

Feenkreise sind eins der größten Rätsel der Natur und eins der visuell verblüffendsten Phänomene. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universität Göttingen hat nun erstmals detaillierte Daten gesammelt, die zeigen, dass das Modell des britischen Mathematikers Alan Turing die auffälligen Vegetationsmuster der australischen Feenkreise erklärt. Darüber hinaus machen die Forscherinnen und Forscher anschaulich, dass die Gräser, aus denen diese Muster bestehen, als „Öko-Ingenieure“ ihre eigene feindliche und trockene Umwelt verändern und dadurch das Ökosystem am Leben erhalten. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Journal of Ecology (DOI: https://doi.org/10.1111/1365-2745.13493) veröffentlicht. Dr. Stephan Getzin, Abteilung für Ökosystemmodellierung an der Universität Göttingen, erklärt: „Das Entscheidende ist, dass die Gräser ihre eigene Umwelt aktiv gestalten, indem sie symmetrisch angeordnete Lückenmuster bilden. Die Vegetation profitiert von dem zusätzlichen Abflusswasser, das durch die großen Feenkreise bereitgestellt wird, und hält so das trockene Ökosystem auch unter sehr unwirtlichen, trockenen Bedingungen funktionsfähig.“

Quelle: Uni Göttingen

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Neue Möglichkeit Pilzbefall auf Pflanzen zu behindern

Auf die Blätter der beiden Ackerbohnen-Pflanzen wurden Sporen des Pilzes Uromyces viciae-fabae gegeben. Die linke Pflanze ist unbehandelt und man sieht den Pilzbefall deutlich. Die rechte Pflanze wurde mit Säure behandelt. Hier konnte der Pilz keinen Schaden anrichten. Foto: Perino et al. in

Weitverbreitete Pilzschädlinge bei Pflanzen lassen sich mit der handelsüblichen Chemikalie Acetohydroxamsäure gezielt bekämpfen. Das haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Prof. Dr. Holger Deising von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Staatlichen Universität von Paraná in Brasilien herausgefunden. Sie sind einem neuen Stoffwechselweg auf die Spur gekommen, der sich mit dieser Chemikalie gezielt stören lässt und so viele bekannte Pflanzenpilze am Eindringen in die Wirtspflanze hindert. "Die Säure verhindert, dass die eigentlich schädlichen Pilze in die Pflanzen einwachsen und infektiös werden können", sagt Deising. Über die Studie mit der Säure, die bislang vor allem in der Medizin eingesetzt wurde, berichtet das Team in der Fachzeitschrift Phytopathology (DOI: https://doi.org/10.1094/PHYTO-04-20-0114-R).

Quelle: MLU

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Pflanzenerbgut mit hoher Auflösung entpuzzeln

Mit dem neuen Software-Tool kann nun das Erbgut unter anderem der Kartoffel mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Foto: Gunnar Klau, HHU

Die Aufschlüsselung insbesondere eines pflanzlichen Genoms ist sehr aufwändig und fehlerträchtig. Grund ist, dass alle Chromosomen in mehreren, sehr ähnlichen Kopien vorliegen. Ein Forschungsteam von Bioinformatikern der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) hat nun ein Softwaretool entwickelt, mit dem die Zuordnung zu den richtigen Kopien – das „Phasing“ – mit hoher Genauigkeit möglich ist. Ihre Entwicklung; das sie mit dem Genom der Kartoffel testeten, stellt das Team unter Leitung von Prof. Dr. Gunnar Klau, Prof. Dr. Tobias Marschall in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Björn Usadel in der aktuellen Onlineausgabe der Fachzeitschrift Genome Biology (DOI: https://doi.org/10.1186/s13059-020-02158-1) vor. Das neue Werkzeug wurde in das übergeordnete, frei verfügbare Paket „WhatsHap“ eingespielt.

Quelle: HHU

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Tropenwald: Schutz-Pilotprojekte oft mit geringer Wirkung

Pilotprojekte zum Schutz des Tropenwaldes sind oft längst nicht so wirkungsvoll, wie erwartet. Das zeigt eine aktuelle Studie, die Wissenschaftler der Universität Bonn zusammen mit Kollegen aus dem Vereinigten Königreich und den USA durchgeführt haben. Die Forscher empfehlen daher alternative Finanzierungsmodelle für solche REDD+-Projekte. Sie sollten sich stärker als bislang an der nachweislich erbrachten Schutzwirkung orientieren. Die Studie ist in der Zeitschrift PNAS (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2004334117) erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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Anreize für Agroforst-Systeme und Netzwerke von Akteuren

Vertreter des nationalen Verbandes der Kaffee-Produzenten in Honduras “IHCafé” erklären das Produktionssystem nahe des Nationalparks. Foto: Yves Zinngrebe

Eine zunehmend intensivierte, strukturarme Landwirtschaft dehnt sich in tropische Regenwälder aus und gefährdet so die biologische Vielfalt und den Klimaschutz. Naturschutz in die Landwirtschaft einzubeziehen, ist daher von größter Bedeutung. Agroforstsysteme, bei denen Bäume mit Nutzpflanzen oder Viehhaltung in einem „Landschaftsansatz“ kombiniert werden, haben großes Potenzial, Ziele des Naturschutzes in landwirtschaftliche Systeme zu integrieren. Forscherinnen und Forscher unter Leitung der Universität Göttingen und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung Leipzig haben gezeigt, welche Anreizsysteme diese Agroforstsysteme und somit Naturschutz in Agrarflächen in tropischen Entwicklungsländern fördern können. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift Sustainability Science (DOI: https://doi.org/10.1007/s11625-020-00840-8) erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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Strategien zur Rettung von Europas letzten Urwäldern

Primärwälder sind entscheidend für die Erhaltung der Biodiversität. Darüber hinaus speichern sie große Mengen an Kohlenstoff in der Biomasse und tragen so zur Eindämmung des Klimawandels bei. Foto: Tzvetan Zlatanov

Nur um 1 % müssten die Waldschutzgebiete Europas ausgeweitet werden, um die meisten verbliebenen europäischen Urwälder zu schützen. Das hat ein internationales Forscherteam unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) errechnet. Die in der Zeitschrift Diversity and Distributions veröffentlichte Studie (DOI: https://doi.org/10.1111/ddi.13158) erfasst erstmals europaweit die Verbreitung und den Schutzstatus der letzten weitestgehend unberührten Wälder. Sie zeigt, wo dringender Handlungsbedarf zur Erhaltung besteht und liefert wertvolle Informationen zur Umsetzung der neuen EU-Biodiversitätsstrategie.

Quelle: iDiv

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Die wahren Kosten von Lebensmitteln

Verschiedene Lebensmittel wurden untersucht. Foto: Amelie Michalke, Uni Greifswald

Was kosten uns Lebensmittel wirklich? Dieser Frage sind Forschende der Universität Greifswald und der Universität Augsburg in einem Praxisprojekt mit der PENNY Markt GmbH nachgegangen. Dafür haben die Wissenschaftler*innen die ökologischen Folgekosten verschiedener Lebensmittel berechnet. Das Projekt soll den großen Unterschied des Verkaufspreises von Lebensmitteln und deren wirklichen Wert darlegen. Vor allem tierische Produkte schneiden nach den Berechnungen schlecht ab. Die Untersuchungen zeigen teilweise sehr große Preisdifferenzen zwischen den aktuellen Marktpreisen und den wahren Kosten, vor allem bei tierischen Produkten. Biologisch produzierte pflanzliche Lebensmittel hingegen sind derzeit schon verhältnismäßig sinnvoll bepreist: die nötigen Preisaufschläge liegen zwischen 4% (Apfel) und 9% (Banane). Das Praxisprojekt ist eingebunden in das Drittmittelprojekt „How much is the dish? – Maßnahmen zur Erhöhung der Biodiversität durch true cost accouting bei Lebensmitteln“ (HoMaBiLe), das durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt wird.

Quelle: Uni Greifswald

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Karte zeigt Kronendachöffnungen europäischer Wälder über 30 Jahre

Borkenkäferbefall in der Sächsischen Schweiz im Jahr 2017. Prof. Rupert Seidl und Cornelius Senf haben die Daten aus 30 Jahren erstmals kartiert. Foto: Cornelius Senf, TUM

Erstmals ist es damit einem Forschungsteam gelungen, eine hochaufgelöste Karte aller Öffnungen im Kronendach europäischer Wälder zu erstellen. Demnach ist das Kronendach - die aus Baumkronen bestehende geschlossene Vegetationsdecke - in den vergangenen 30 Jahren auf mehr als 36 Millionen Flächen in Europas Wäldern verloren gegangen. Zu diesem Ergebnis kommt ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) und der Universität für Bodenkultur Wien, das mit Hilfe von über 30.000 Satellitenbildern die erste hochaufgelöste Karte von Kronendachöffnungen in Europas Wäldern erstellt hat. Ihre Ergebnisse das Team im Fachjournal Nature Sustainability (https://www.nature.com/articles/s41893-020-00609-y) veröffentlicht.

Quelle: TUM

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Wie Ammonium die Bildung von Seitenwurzeln fördert

Lokales Ammoniumangebot erhöht die Akkumulation von sprossbürtigem Auxin in den Leitgefäßender Wurzeln und bildetsomit eine Quelle für die lateral Diffusion von Auxin. AMT-abhängige Ammoniumaufnahme stimuliert die Abgabe von Protonen, und die Protonierung von Auxin (IAA) zu IAAH. IAAH kann dann von den Gefäßen in äußere Wurzelzellen diffundieren,die über den Seitenwurzelknospen liegen. In diesen Zellschichten erhöht Auxin die Expression von Enzymen, die die Zellwand auflösen,wodurch ihr mechanische Widerstand gebrochen wird und Seitenwurzeln austreten können.Vas = Gefäße; Per = Perizykel;End = Endodermis; Cor = Cortex;Epi = Epidermis. Grafik: Ying Liu, IPK

In einer neuen Studie „zeigen wir zum ersten Mal, dass lokales Ammoniumangebot die Akkumulation von Auxin im Wurzelgefäßsystem erhöht und die Diffusion von Auxin sowie die Bildung von Seitenwurzeln zum Aufbau eines hoch verzweigten Wurzelsystems fördert", sagt Prof. Nicolaus von Wirén, Leiter der Abteilung Physiologie und Zellbiologie am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK). Sie beantworteten damit die Frage, wie Auxin auf lokale Vorkommen von Ammonium reagiert, wie sie in natürlichen und landwirtschaftlichen Böden auftreten. Ihre Studie veröffentlichten sie im Fachmagazin Nature Plants (DOI: 10.1038/s41477-020-00756-2).

Quelle: IPK (pdf)

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Abwärtstrend der biologischen Vielfalt ist umkehrbar

Die gute Nachricht ist: Der Abwärtstrend der globalen Biodiversität kann noch immer umgekehrt werden. Grafik: IIASA

Die Politik muss in den kommenden Jahrzehnten alles daran setzen, die noch bestehenden natürlichen Lebensräume zu schützen, viele bereits verloren gegangene wiederherzustellen und vor allem die Ernährungsgewohnheiten und Nahrungsproduktion nachhaltig zu gestalten. Nur so sei der Verlust der biologischen Vielfalt bis 2050 oder früher zu stoppen. Dieses Rezept haben Wissenschaftler*innen unter Leitung des Internationalen Instituts für angewandte Systemanalyse (IIASA) und Beteiligung von Forschern des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) mithilfe von Modellen errechnet. Die in der Zeitschrift Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-020-2705-y) veröffentlichte Studie ist Teil des jüngsten WWF-Living-Planet-Reports.

Quelle: iDiv

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Wie Pflanzen für gleiche Samenabstände sorgen

Samenkörner in verschiedenen Erbsen- und Bohnenschoten. Das Forschungsteam hat geklärt, warum die Abstände zwischen den Samen in jeder Schote so ähnlich sind und wie die Abstände im Verhältnis zur Samengröße stehen. Aufnahme: Nozomi Kawamoto

Wie die Bildung von Samen mit dem Wachstum der Frucht koordiniert wird, schildern Forschende im Fachmagazin Current Biology (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.08.050). Das Team hat dazu bei verschiedenen Wildlinien der Ackerschmalwand die genetischen Abläufe hinter der Ausbildung der Ovulen genannten Samenanlagen und dem Wachstum der Schote untersucht. Es entdeckte ein einheitliches genetisches Programm, welches unabhängig von Umweltfaktoren die Samenposition in der Schote steuert. Wie das internationale Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Rüdiger Simon und Erstautor Dr. Nozomi Kawamoto vom Institut für Entwicklungsgenetik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) zeigt, wird die Samenbildung an genau definierten Positionen durch mehrere Signalwege kontrolliert, die von kleinen Eiweißbausteinen, sogenannten sezernierten Peptiden der EPFL-Familie, aktiviert werden. Diese Peptide werden von Rezeptoren der ERECTA-Familie auf den Zelloberflächen erkannt. Eines der Peptide, EPFL2, wird zwischen den sich entwickelnden Samenanlagen gebildet und justiert die Abstände der Samen zueinander. Wenn es fehlt, fanden die Forscherinnen und Forscher ungleichmäßige Abstände – wodurch benachbarte Samen stärker um Nährstoffe konkurrieren – bis hin zu Zwillingssamen, die sich zumeist nicht vollständig entwickeln. EPFL2 und ein sehr nah verwandtes Peptid, EPFL9, steuern gleichzeitig auch die Fruchtentwicklung – damit ist die Bildung von Samen eng mit dem Wachstum der Schoten gekoppelt.

Quelle: HHU

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Kohlmotte nutzt Pflanzenabwehrstoff als Signal für die Eiablage

Eine Kohlmotte auf einem Blatt einer Arabidopsis thaliana-Pflanze, die zu den Kreuzblütengewächsen gehört und den gleichen Verteidigungsmechanismus wie Kohl nutzt. Foto: Benjamin Fabian, MPI für chemische Ökologie

Isothiocyanate, die Kreuzblütengewächse eigentlich zur Verteidigung gegen Fraßfeinde bilden, dienen Kohlmottenweibchen (Plutella xylostella) als Duftsignale, damit sie ihre Eier auf diesen Pflanzen ablegen können. Forschende der Landwirtschaftlichen Universität in Nanjing, China, und des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena identifizierten zwei Geruchsrezeptoren, deren einzige Aufgabe darin besteht, diese Duftstoffe aufzuspüren und den Weg zum idealen Eiablageplatz zu weisen. Sie konnten damit zeigen, warum ein auf bestimmte Wirtspflanzen spezialisiertes Insekt von Substanzen angelockt wird, die eigentlich Schädlinge von der Pflanzen fernhalten sollen, wie sie im Fachmagazin Current Biology berichten (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.08.047). Der weltweit verbreitete Schädling ist an die chemische Abwehr von Kohlpflanzen angepasst und auch durch Insektizide nur schwer zu bekämpfen, da er schnell Resistenzen entwickelt.

Quelle: MPI für chem. Ökologie

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Historische Klimaschwankungen in Mitteleuropa durch Baumringdaten überschätzt: Gegenwärtige Erwärmung außergewöhnlich

Baumringe übertreiben – das hat nun ein Forschungsteam u.a. des Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) herausgefunden. Aus der Breite der Wachstumsringe von Bäumen schließen Wissenschaftler für vergangene Jahrhunderte auf die historischen Klimabedingungen in dem jeweiligen Jahr. Die bisherigen Temperaturrekonstruktionen aus den Jahresringen der Bäume sind aber fehlerhaft, so die nun in Climate Dynamics (DOI: https://doi.org/10.1007/s00382-020-05433-w) veröffentlichte Studie. Sie geben die natürlichen Schwankungen des Klimas vergangener Jahrhunderte übertrieben wieder. Ein Vergleich mit Daten etwa aus Pfarr- und Stadtarchiven zeigt, dass sich das Klima in Wirklichkeit deutlich gleichmäßiger entwickelt hat.

Quelle: PIK

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Konventioneller Kaffee aus Brasilien enthält mehr der gesunden Chlorogensäuren als biologisch angebauter

Bei Untersuchungen von Kaffeebohnen aus Brasilien kam die Arbeitsgruppe von Dr. Nikolai Kuhnert, Professor für Chemie an der Jacobs University, zu einem scheinbar überraschenden Ergebnis: Im biologisch angebauten Kaffee sind weniger Chlorogensäuren enthalten als in konventionellen. Diese prägen nicht nur den Geschmack des Kaffees, ihr werden auch eine ganze Reihe von gesundheitlich fördernden Eigenschaften zugeschrieben. Bei ihren Untersuchungen haben die Forschenden nun festgestellt, dass in den biologisch angebauten Kaffeebohnen weniger Chlorogensäuren enthalten sind als in den konventionellen. Warum das so ist? „Ganz genau können wir das nicht sagen“, sagt Kuhnert. Sehr wahrscheinlich sei aber, dass konventionelle Pflanzen aus Schutz vor Fraßfeinden Abwehrstoffe bilden, die gesundheitsfördernd für den Menschen wirken. „Der Bio-Kaffee scheint das nicht nötig zu haben, er ist weniger gestresst“, sagt Kuhnert. Die Studie ist kürzlich in der Zeitschrift Food Research International (DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.109218) erschienen.

Quelle: Jacobs Universität

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Sommerdürre 2018: Auswirkungen auf Pflanzen, Wälder und Grasland

Die Abteilung Bioklimatologie der Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie der Universität Göttingen ist mit einem meteorologischen Messsturm im Nationalpark Hainich am Mess-Netzwerk ICOS beteiligt. Foto: Alexander Knohl

Die Sommerdürre, die 2018 Mittel- und Nordeuropa heimsuchte, hatte schwerwiegende Auswirkungen auf Nutzpflanzen, Wälder und Grasland. Wie Forscherinnen und Forscher nun in 16 Teilstudien in einer Sonderausgabe der Fachzeitschrift Philosophical Transactions (https://royalsocietypublishing.org/toc/rstb/375/1810) feststellten, profitierten die Pflanzen zunächst von den warmen und sonnigen Bedingungen im Frühling, hatten aber zu wenig Wasser für ihre Wurzeln zur Verfügung, als die sommerliche Hitzewelle einsetzte. Als Folge begannen Graslandflächen zu vertrocknen und zahlreiche Ackerflächen verzeichneten die niedrigsten Erträge seit Jahrzehnten. Die Wälder schützten sich, indem sie ihre Verdunstung für mehrere Wochen stark reduzierten, was aber gleichzeitig zu einer starken Abnahme der Kohlendioxid-Aufnahme führte. Solche Auswirkungen wurden gleichzeitig von der Schweiz bis in die Beneluxländer und Deutschland sowie von der Tschechischen Republik bis nach Schweden und Finnland beobachtet. Die Studie wurde von der Europäischen Forschungsinfrastruktur Integrated Carbon Observation System (ICOS) durchgeführt mit Beteiligung der Universität Göttingen.

Quelle: Uni Göttingen

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Dürre 2018: Weniger CO2 gebunden und Ernten fallen schlechter aus

Instrumentierung zur Bestimmung der Treibhausgasflüsse (Eddy-Kovarianz System) mit Blick auf den wieder nasser und sehr viel stärker bewachsener Polder Zarnekow im Juni 2020. Foto: T. Sachs, GFZ

Das Netzwerk zur Beobachtung von Treibhausgasen ICOS zeigt, wie Natur und Ernte in Europa auf die extrem trockenen Bedingungen in den letzten drei Sommern 2018 bis 2020 reagiert haben. Die Ergebnisse, die jetzt im Fachjournal Philosophical Transactions B (https://royalsocietypublishing.org/toc/rstb/375/1810) veröffentlicht worden sind, zeigen, dass 2018 die Kohlenstoffsenken um 18 Prozent zurückgegangen sind und es die niedrigsten Ernteerträge seit Jahrzehnten gab. Die Fachleute u.a. des Deutschen GeoForschungsZentrums (GFZ) und des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie erwarten, dass extrem heiße und trockene Sommer aufgrund des Klimawandels in Zukunft viel häufiger auftreten werden. Dies ist bereits jetzt sichtbar, denn der vergangene Sommer ist der dritte extrem heiße Sommer in Folge.

Quelle: GFZ

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Moor-Wiedervernässung in Zeiten des Klimawandels

Im Sommer 2018 trockengefallene Wasserfläche im Polder Zarnekow, einem der Untersuchungsstandorte. In den folgenden Wochen hat sich auf der Fläche rasch neue Vegetation angesiedelt und dabei effektiv Kohlendioxid gespeichert. Foto: Mathias Zöllner, GFZ

Neue Studie in Kooperation der Universität Rostock und des Deutschen Geo-Forschungszentrums Potsdam zeigt unerwartete Auswirkungen der Dürre auf wiedervernässte Moore. Zeitweiliges Trockenfallen kann die langfristige Entwicklung der Zielvegetation beschleunigen. Zudem kann der schnelle Zuwachs an Biomasse den trockenheitsbedingten Anstieg der Kohlendioxidemissionen ausgleichen. Das berichten Forschende der Universität Rostock im Fachjournal Philosophical Transactions of the Royal Society Biology Series (DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2019.0685).

Quelle: Uni Rostock

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Klima-Sensivität während des Eozäns

Fossile Planktonschalen aus dem Eozän. Die größten Exemplare messen bis zu einem Millimeter. Abbildung: Paul Pearson, Cardiff University

Um bessere Prognosen für die Klimaerwärmung in den kommenden Jahrzehnten treffen zu können, sind Erkenntnisse über Klimaveränderungen vergangener Epochen oft sehr ausschlussreich. Ein Team aus Forschenden vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel sowie britischer und amerikanischer Einrichtungen hat sich genauer der Epoche des Eozäns vor mehr als 30 Millionen Jahren beschäftigt, als die globalen Durchschnittstemperaturen ungefähr 14 Grad höher waren als heute. Das Ergebnis der Untersuchung zeigt: Der Einfluss von Kohlendioxid auf eine warme Erde könnte noch größer sein als bisher angenommen. Das berichten die Forschenden im Fachmagazin Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-17887-x).

Quelle: GEOMAR

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Luftverschmutzung macht Blütenduft für Falter unattraktiv

Ein Tabakschwärmer trinkt Nektar aus einer Blüte der Tabakart Nicotiana alata. Foto: Anna Schroll

Ein Team von Forschenden hat die Wirkung von Luftverschmutzung und hohen Ozonwerten auf die chemische Kommunikation zwischen Blüten und ihren Bestäubern analysiert. Demnach mögen Tabakschwärmer den Duft ihrer ansonsten bevorzugten Blüten nicht mehr, wenn er durch Ozon verändert worden war. Das giftige Oxidationsmittel stört damit die Wechselwirkung zwischen einer Pflanze und ihrem Bestäuber, die sich über Millionen von Jahren im Laufe der Evolution entwickelt hat. Allerdings sind die Falter in der Lage schnell zu lernen, dass auch weniger angenehm duftende Blüten nahrhaften Nektar verheißen können, wie die Forschenden des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena und der Universität Virginia, USA im Fachmagazin Journal of Chemical Ecology (DOI: 10.1007/s10886-020-01211-4).

Quelle: MPI für Chem. Ökologie

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CRISPR/Cas: Vererbung lässt sich nun gezielt bei Pflanzen steuern

Eine Inversion (links) bei der Ackerschmalwand (Hintergrund) lässt sich mit CRISPR/Cas rückgängig machen (Mitte), um den Austausch von Genen (rechts) im betroffenen Abschnitt wiederzubeleben. Abbildung: Michelle Rönspies, KIT

Wesentliche Fortschritte für die Pflanzenzüchtung verspricht eine neue Anwendung der molekularen Schere CRISPR/Cas: Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es Forschenden um den Molekularbiologen Holger Puchta gelungen, mit CRISPR/Cas die Abfolge der Gene innerhalb eines Chromosoms zu verändern. Sie demonstrierten anhand einer weit verbreiteten Chromosomenveränderung in der Modellpflanze Ackerschmalwand weltweit erstmals, wie sich Umkehrungen der Genabfolge rückgängig machen lassen und Vererbung sich so gezielt steuern lässt. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-18277-z) publiziert.

Quelle: KIT

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News · Forschungsergebnis

Teufelszwirn nutzt das Blühsignal seiner Wirtspflanze für die Blütenbildung

Der parasitischer Teufelszwirn (Cuscuta australis) umwickelt seinen Wirt. Foto: Jingxiong Zhang, Kunming Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, China

Ein Forschungsteam schildert im Fachmagazin PNAS (DOI: https://www.doi.org/10.1073/pnas.2009445117) wie der parasitische Teufelszwirn Cuscuta australis seine Blütenbildung steuert. Wie die Forschenden der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena
zeigten, fängt der wurzel- und blattlose Vollschmarotzer die Blühsignale seiner Wirtspflanzen ab, um seinen eigenen Blühmechanismus zu aktivieren. Die mit der jeweiligen Wirtspflanze synchronisierte Blüte sorgt dafür, dass der Parasit lange genug auf seinem Wirt wachsen kann, um die optimale Menge an Samen auszubilden und sich fortzupflanzen.

Quelle: MPI für chem. Ökologie

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News · Forschungsergebnis

Genome zentraler landwirtschaftlicher Unkräuter veröffentlicht

Grünähriger Fuchsschwanz. Foto: Steve Bowe

Sie gehören zu den problematischsten landwirtschaftlichen Unkräutern mit erheblichen volkswirtschaftlichen Folgen in der Agrarproduktion weltweit: Palmer Amaranth sowie der Warzenfrüchtige und der Grünährige Fuchsschwanz. Forschende der Universität Illinois und des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen haben vor einer Woche die bisher umfassendsten Genom-Informationen für diese drei Unkräuter in der Fachzeitschrift Genome Biology and Evolution (DOI: https://doi.org/10.1093/gbe/evaa177) veröffentlicht. Das ermöglicht gezielte und ökologisch nachhaltige Anwendungen für die Landwirtschaft zu entwickeln.

Quelle: MPI für Entwicklungsbiologie

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Pflanzenschädling aus Ostasiatien erstmals in Deutschland entdeckt

Vom Pilz Peronospora aquilegiicola befallene Akelei-Pflanze. Foto und (c): Thomas Brand

Deutschlands Gärten und Parks droht eine neue Gefahr: Forschende der Senckenberg-Institution haben in einem Garten in Niedersachsen erstmals an Akeleien den aggressiven Pflanzenschädling Peronospora aquilegiicola nachgewiesen. Das geht aus einer kürzlich in der Fachzeitschrift Mycological Progress veröffentlichten Studie (DOI: https://doi.org/10.1007/s11557-020-01596-2) hervor. Der ‚Falsche Mehltau‘ befällt ausschließlich Akeleien, bei denen er zum Absterben der Pflanze führt. Der Pflanzenschädling kommt ursprünglich aus Ostasien und war bislang in Europa nur in Großbritannien aufgetaucht. Dort hat er die beliebten Zierpflanzen in öffentlichen Parks bereits großflächig vernichtet.

Quelle: Senckenberg

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Langzeitstudie: Pflanzen können sich zwar an Klimawandel anpassen, aber nicht vollständig

Eine Pflanzenart kann sich im Laufe der Evolution weiterentwickeln und ihren Umgang mit Wassermangel an neue Umweltbedingungen anpassen. Das ist das Ergebnis einer Zehn-Jahres-Experiment in Israel,  an der Juliette de Meaux, Professorin an der Universität Köln und Mitglied des Exzellenzclusters CEPLAS, beteiligt war. Die in Tübingen geleitete Studie wurde gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Münster und Hildesheim ausgewertet und unter dem Titel Rapid adaptive evolution to drought in a subset of plant traits in a large-scale climate change experiment in der Fachzeitschrift Ecology Letters (DOI: https://doi.org/10.22541/au.159231512.24779850) veröffentlicht.

Quelle: Universität zu Köln

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Schnelle Pflanzen-Evolution unter Klimawandel

Das Brillenschötchen (Biscutella didyma). Foto: Martina Petrů

Bestimmte Pflanzenarten können unter Dürre sehr schnell evolvieren. Das bedeutet, dass die Pflanzen veränderte Eigenschaften unter neuen Umweltveränderungen in ihren Genen festschreiben und diese weitervererben können. Das hat ein Forschungsteam um Professorin Katja Tielbörger mit weiteren Kolleginnen und Kollegen der Eberhard Karls Universität Tübingen sowie den Universitäten Hildesheim, Münster und Köln in einer neuen Studie belegt. Allerdings waren die Pflanzen im Experiment nicht in der Lage, alle wichtigen Merkmale schnell und dauerhaft an den Wassermangel anzupassen. Die Studie publizierten die Forschenden in der Fachzeitschrift Ecology Letters (DOI: https://doi.org/10.22541/au.159231512.24779850).

Quelle: Universität Tübingen

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Wie Pflanzen Angriffe von Mikroben abwehren

Ein internationales Konsortium unter der Leitung von Professor Cyril Zipfel von der Universität Zürich (UZH) hat nun einen lang gesuchten Faktor dieses pflanzlichen Immunsystems identifiziert: Bei Kontakt mit Mikroben veranlasst ein Kalziumkanal, dass sich die winzigen Poren auf der Blattoberfläche schliessen. Dieser Abwehrmechanismus könnte helfen, gegen Krankheitserreger resistente Nutzpflanzen zu entwickeln. Ihre Ergebnisse publizierten die Forschenden im Fachmagazin Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-020-2702-1).

Quelle: UZH

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Strigolactone machen Tabak widerstandsfähiger gegen Rüsselkäfer

Die Larve des Rüsselkäfers Trichobaris mucorea im Stängel einer Nicotiana attenuata Pflanze. Foto: Anna Schroll

Forschende hat herausgefunden, dass Pflanzenhormone der Gruppe der Strigolactone in der wilden Tabakart Nicotiana attenuata für die Feinabstimmung bei der Produktion von Abwehrstoffen im Stängel sorgt. Entscheidend ist dafür das Wechselspiel mit anderen an der Pflanzenabwehr beteiligten Hormonen. Pflanzen, die keine Strigolactone mehr bilden können, haben auch veränderte Gehalte an Jasmonaten und Auxinen und infolgedessen eine verringerte Abwehr gegenüber den stängelbohrenden Larven des Rüsselkäfers Trichobaris mucorea. Ihre Ergebnisse publizierte das Team von Forschenden am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena in Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern in China und Korea im Fachmagazin PLOS Biology (DOI: http://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000830).

Quelle: MPI f. Chemische Ökologie

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Biodiversitäts-Exploratorien sind valides Szenario

Luftaufnahme des Jena Experiments in Thüringen. Foto und (c): Jena Experiment

Ein Großteil der Erkenntnisse darüber, wie die Menschheit von biologischer Vielfalt profitiert, stammt aus Biodiversitätsversuchsflächen. Kritiker*innen bemängeln seit langem, dass dort Artengemeinschaften wachsen, die in der Natur nicht vorkommen. Senckenberg-Forschende haben daher in einer Studie zum Zusammenhang zwischen biologischer Vielfalt und Ökosystem-Leistungen unrealistische Versuchsflächen identifiziert und in der Analyse ausgespart. Trotzdem änderten sich die Ergebnisse kaum. Dies belege, dass die aus den Versuchsflächen erlangten Erkenntnisse zur biologischen Vielfalt als essentielle Lebensgrundlage der Menschheit valide seien, schreibt das Team im Fachjournal Nature Ecology & Evolution (https://www.nature.com/articles/s41559-020-1280-9).

Details: Senckenberg

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Vom Massenaussterben Perm-Trias-Grenze für Zukunft lernen

Eine neue Publikation in Nature Geoscience (https://www.nature.com/articles/s41561-020-0622-1) beschreibt die Kausalketten zwischen Umweltveränderungen und Massenaussterben an der Perm-Trias-Grenze vor etwa 250 Millionen Jahren. Die Autoren vermuten, dass Vulkanismus und der damit verbundene erhöhte Phosphoreintrag vom Land dem Auslöschungsereignis vorausging. Ein komplizierter chemischer Prozess entfernte zunächst wirksam Phosphor aus dem Meerwasser. Die eigentliche Katastrophe wurde verzögert und trat erst ein, als ein kritischer Schwellenwert erreicht wurde, so dass die vorherige effiziente Entfernung von Phosphor aus dem Meerwasser zum Stillstand kam. Das System geriet außer Kontrolle, der Sauerstoffverbrauch und die Ansammlung von tödlichem Schwefelwasserstoff nahm zu. Diese neue Sicht auf die kaskadenförmige Umweltzerstörung am Ende des Perm ist eine langwierige Abfolge von Ereignissen - zunächst mit nur schwachen Veränderungen, die sich aber schließlich bis zur endgültigen Katastrophe aufbauten. Aus dieser Studie können Forschende aller Fachrichtungen und die Gesellschaft einen Eindruck gewinnen, was mit der biologischen Vielfalt unter der vorhergesagten globalen Erwärmung in nächster Zukunft geschehen könnte, berichtet das Museum für Naturkunde (MfN) in Berlin.

Quelle: MfN

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Wie Rispenhirse in der Bronzezeit auf den Speisezettel gelangte

Wiebke Kirleis bei der Ernte von Rispenhirse Panicum miliaceum im Freilichtmuseum Archäologisch-Ökologisches Zentrum Albersdorf (AÖZA), Norddeutschland Foto und (c): Angelika Hoffmann, UFG Kiel

Nicht nur Metalle, hierarchische Gesellschaften und befestigte Siedlungen: In der Bronzezeit beeinflusste auch ein neues Lebensmittel die ökonomischen Transformationen vor ca. 3500 Jahren. Dies belegen häufige archäologische Funde von Überresten der Rispenhirse (Panicum miliaceum L.). Eine Studie des Sonderforschungsbereichs SFB 1266 „TransformationsDimensionen – Mensch-Umwelt Interaktion in prähistorischen und archaischen Gesellschaften“ an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) wurde im Fachjournal Scientific Reports veröffentlicht (DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-70495-z). Sie zeigt, wie Rispenhirse im bronzezeitlichen Europa auf den Speisezettel rückte.

Quelle: CAU

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Stoffwechsel-Änderungen live: neues Verfahren der "in-vivo-Biosensorik"

Junger Arabidopsis thaliana-Keimling der in seinen Zellen den fluoreszenten Biosensor trägt. Die Falschfarben-Abbildung stellt den Redoxzustand des NAD Pools in den Zellen und Geweben dar. Regenbogenskala von blau (oxidierter NAD Pool). Aufnahme: Janina Steinbeck, Plant Energy Biology Lab

Um zu verstehen, wie Stoffwechselprozesse in Pflanzen funktionieren, untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) unter Beteiligung der Universität Bonn Schlüsselmechanismen der Regulation des Energiestoffwechsels. Das neue Verfahren der "in-vivo-Biosensorik" erlaubt es ihnen nun erstmals, in Echtzeit zu verfolgen, wie sich Umweltveränderungen auf den zentralen Stoffwechsel in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana auswirken. Die Studie hat das Team um Prof. Dr. Markus Schwarzländer als Vorab-Publikation in der Fachzeitschrift The Plant Cell (DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.20.00241) publiziert.

Quelle: WWU

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Regenwald: Schnellere Regeneration dank aktiver Renaturierung

Einst fast dem Erdboden gleichgemacht, jetzt wieder reicher Regenwald: Seit fast 25 Jahren begleiten Forscher die Entwicklung eines wiederhergestellten Waldgebietes bei Sabah in Borneo. Foto: Sonny Royal, SEARRP

Um auf Rodungsflächen ehemaliger Tropenwälder möglichst schnell viel Biomasse aufzubauen, ist es zielführender, die Wälder aktiv wiederherzustellen als sie sich natürlich regenerieren zu lassen. Das zeigt ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung Wissenschaftler*innen der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) anhand einer Langzeitstudie auf Borneo. Sie publizierten ihre Ergebnisse im Fachjournal Science (https://science.sciencemag.org/content/369/6505/838).

Quelle: ETH

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Waldschutz ist besser für Klima als Holznutzung

Internationale wissenschaftliche Studien zeigen, dass alte Naturwälder wichtige Speicher und Senken von Treibhausgasen sind. Foto: Pierre L. Ibisch

Drei Studien widerlegen nun eine Studie des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie. Das MPI für Biogeochemie in Jena publizierte im Februar 2020 eine Studie, die zeigen sollte, dass nachhaltig bewirtschaftete Wälder das Klima besser schützen als unbewirtschaftete Wälder. Der wichtigste Beitrag nachhaltiger Wirtschaftswälder der gemäßigten Klimazone sei das Ersetzen fossiler Brennstoffe durch die energetische Nutzung von Holz. Die Befunde der in Global Change Biology – Bioenergy veröffentlichten Studie von Professor Ernst-Detlef Schulze und Kolleg*innen wurden nunmehr durch drei unabhängig voneinander entstandene Publikationen in derselben Zeitschrift widerlegt. Eine europäisch-amerikanische Gruppe (Zoltán Kun und Kolleg*innen) sowie drei Wissenschaftler*innen aus den USA und Australien (Mary Booth und Kolleg*innen) wiesen nach, dass die Schlussfolgerungen des Artikels auf ungeeigneten Annahmen und Berechnungen beruhen. Ein Autor*innen-Kollektiv der Naturwald Akademie, der Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde (HNEE) sowie von Wohllebens Waldakademie zeigt nun in ihrer Publikation, dass die Behauptung, die Bewirtschaftung von Wäldern sei besser für den Klimaschutz als ihr Schutz, außerdem auf falschen Daten und auf Rechenfehlern beruht. Das HNEE nennt alle vier beteiligten Studien.

Quelle: HNEE

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Pilz bietet Schutz gegen bakteriellen Angreifer von Algen

Die Mikroskopaufnahme zeigt die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii (grün) und den Pilz Aspergillus nidulans (fadenförmig). Aufnahme: Mario Krespach, Leibniz-HKI

Bakterien der Gattung Streptomyces bilden zahlreiche Wirkstoffe, die ihr Überleben in der Natur sichern und dabei helfen, Nahrungskonkurrenten fernzuhalten. So sind die von manchen Streptomyceten gebildeten Azalomycine antimikrobiell aktiv und schädigen auch Zellen höherer Organismen, darunter die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii. Die Alge geht aktiv eine Partnerschaft mit dem Schimmelpilz Aspergillus nidulans ein und ist damit vor der Schadwirkung durch Azalomycin F geschützt. Ein Forschungsteam aus Jena um um Axel Brakhage, Christian Hertweck und Maria Mittag vom Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut (Leibniz-HKI) und der Friedrich-Schiller-Universität Jena hat sich das komplexe Wechselspiel zwischen Bakterium, Pilz und Pflanze genauer untersucht und seine Ergebnisse im Fachmagazin ISME Journal (DOI: https://doi.org/10.1038/s41396-020-0731-2) veröffentlicht.

Quelle: Leibniz-HKI

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Gluten im Weizen: Was sich nach 120 Jahren Züchtung verändert hat

Weizen ist eine der wichtigsten Kulturpflanzen. Foto: Katharina Scherf, Leibniz-LSB@TUM

Wie groß sind die Unterschiede im Glutengehalt zwischen alten und neuen Weizenzüchtungen wirklich? Dazu untersuchte das Team um Katharina Scherf am Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie (Leibniz-ISB) den Eiweißgehalt von 60 bevorzugten Weizensorten aus der Zeit zwischen 1891 und 2010. Möglich machte dies das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben (IPK). Das IPK verfügt über ein umfangreiches Saatgutarchiv. Aus diesem wählten die Forschenden für jedes Jahrzehnt der betrachteten 120 Jahre jeweils fünf führende Weizensorten aus. Um vergleichbare Proben zu generieren, bauten sie die verschiedenen Sorten in den Jahren 2015, 2016 und 2017 unter jeweils gleichen geografischen und klimatischen Bedingungen an. Wie Analysen des Wissenschaftlerteams zeigen, enthalten moderne Weizensorten insgesamt etwas weniger Eiweiß als alte. Der Glutengehalt blieb dagegen über die letzten 120 Jahre konstant, wobei sich die Zusammensetzung des Glutens jedoch leicht veränderte. Während der Anteil der kritisch gesehenen Gliadine um rund 18 Prozent sank, stieg im Verhältnis der Gehalt der Glutenine um etwa 25 Prozent an. Darüber hinaus beobachteten die Forschenden, dass mit einer höheren Niederschlagsmenge im Erntejahr auch ein höherer Glutengehalt der Proben einherging. Ihre Studie veröffentlichte das Team im Fachjournal Journal of Agricultural and Food Chemistry (DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c02815).

Quelle: Leibniz-ISB

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Blaulichtschalter aus Algen steuert elektrische Erregung von Pflanzen

Durch Lichtimpulse lassen sich nun elektrische Erregungen in Pflanzen auslösen. Mit der neu entwickelten optogenetischen Methode "können wir erstmals nicht-invasiv untersuchen, wie elektrisch basierte zelluläre Kommunikationswege in Pflanzen auf molekularer Ebene funktionieren und wie die Pflanze diese elektrischen Signale nutzt, um auf extreme Temperaturschwankungen, Insektenbefall oder andere Stressfaktoren zu reagieren“, sagt Prof. Dirk Becker von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg. Die Forschenden verwenden dafür eine Kanalrhodopsin-Variante, die durch Blaulicht angeschaltet wird und dann Protonen in die Zelle leitet. „Über die Beleuchtungsstärke, Dauer und Häufigkeit der Blaulichtpulse haben wir die Form der Membrandepolarisation gesteuert und die Repolarisationsreaktion der Pflanzenzelle detailliert analysiert“, berichtet Becker. Wie sich zeigte, erfolgt die Repolarisation maßgeblich durch ATP-getriebene Membranpotential-sensitive Protonenpumpen, ein Mechanismus, der sich grundlegend von den in Tieren unterscheide. Ihre Studie veröffentlichten die Forschenden in der Fachzeitschrift PNAS early (https://www.pnas.org/content/early/2020/08/05/1922319117).

Quelle: Uni Würzburg

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Neue Viren in Birken und anderen Bäumen entdeckt

Blätter einer von mehreren Viren befallenen Birke. Foto: Carmen Büttner, HU Berlin

In heimischen Bäumen, haben Forschende neue Viren entdeckt. Mit Hilfe moderner Sequenzierungstechnologien gelang es ihnen, Virome (also Ansammlungen von Viren, die in einem bestimmten Wirt oder Ökosystem anzutreffen sind) in Birken aus Deutschland und Finnland zu entschlüsseln. Die Bäume zeigten Symptome der Birkenblattrollkrankheit (birch leaf roll disease, BRLD). In den erkrankten Birken wurden insgesamt fünf Viren nachgewiesen, von denen drei bislang unbekannt waren. Aber nicht nur die fünf verschiedenen Virusarten sorgten für eine Vielfalt der in einzelnen Bäumen aufgespürten Virusgemeinschaften, es traten auch Varianten der gleichen Art auf. Es gelang darüber hinaus erstmals, Emaraviren in Sorbus-Hybriden wie Karpatiosorbus × hybrida in Finnland nachzuweisen, also in Hybriden zwischen Elsbeere und der Echten Mehlbeere. Ihre Ergebnisse publizierten die Forschernden um Prof. Carmen Büttner von der Humboldt-Universität zu Berlin vor kurzem im Fachmagazin Plos one (DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0221834).

Quelle: HU Berlin

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Neuguinea verfügt über die reichste Inselflora der Welt

Blick auf Wald und Berge, aufgenommen vom Lae-Madang-Highway in der Provinz Morobe, Papua-Neuguinea. Foto: Zacky Ezedin

Die größte Pflanzenvielfalt der Welt findet sich auf der Insel Neuguinea. Dies zeigt eine breit angelegte Studie unter Federführung der Universität Zürich: Ein internationales Team trug eine Liste mit fast 14.000 Arten aus Online-Katalogen zusammen und liess sie von Pflanzenexpertinnen und -experten überprüfen. Die grösste Tropeninsel der Welt umfasst ein komplexes Mosaik von Ökosystemen – vom Tiefland-Dschungel bis zum hochgelegenen Grasland mit Berggipfeln höher als der Mont Blanc. Unter der Leitung des Postdoktoranden Rodrigo Cámara-Leret haben nun 99 Wissenschaftler*innen aus 56 Institutionen und 19 Ländern die erste, geprüfte Liste zu 13’634 Gefässpflanzenarten Neuguineas und der umliegenden Inseln erstellt und im Fachmagazin Nature (DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2549-5) publiziert.

Quelle: Uni Zürich

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Schalter für Knospenruhe bei Äpfeln identifiziert

Forschende haben ein Gen identifiziert, welches für die Winterruhe bei Äpfeln von zentraler Bedeutung ist. Mit Hilfe dieses Wissens könnten künftig neue Sorten gezüchtet werden, die besser vor den negativen Auswirkungen des Klimawandels geschützt werden. Das Team des des Forschungs- und Innovationszentrums der Edmund Mach-Stiftung im italienischen San Michele all’Adige und des Julius Kühn-Instituts (JKI) publizierte die Studienergebnisse im Fachmagazin Frontiers in Plant Science (DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2020.01003). Die Ergebnisse können helfen, den Obstbau an den Klimawandel anzupassen. Denn "in vielen Regionen Deutschlands beobachten wir derzeit, dass Apfelbäume infolge der Klimaerwärmung bis zu zwei Wochen früher ihre Winterruhe beenden und blühens“, sagt Prof. Dr. Henryk Flachowsky, Leiter des JKI-Instituts für Züchtungsforschung an Obst. In dieser Zeit treten vielerorts aber auch noch Nachtfröste mit Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt auf. Die Folge sind Frostschäden an den Blüten, die zu Ertragseinbußen führen.

Quelle: JKI

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Genetischer Schlüssel zum gesunden Tee

Frisch gepflückte Teeblätter. Das chinesisch-deutsche Forscherteam analysierte mehr als 200 verschiedene Sorten und identifizierte deren Genvarianten. Foto: Weiwei Wen, Huazhong Agricultural University

Forschende der Huazhong Agricultural University of Wuhan (China), des Forschungszentrums Jülich, der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf sowie des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie Potsdam-Golm haben jetzt das Genom eines alten Teebaums (Camellia sinensis) aufgeklärt und mehr als 200 verschiedene Teesorten analysiert. Das Genom bildet nun die Grundlage, um die Biosynthese nützlicher Naturstoffe weiter zu erforschen. Die Studie wurde von der Pflanzenforscherin Prof. Weiwei Wen aus Wuhan geleitet. Auf deutscher Seite arbeitete der Jülicher Genomforscher Prof. Björn Usadel im Rahmen der internationalen Initiative Bioökonomie des BMBF mit dem Experten für pflanzliche Stoffwechselprozesse Prof. Alisdair Fernie aus Potsdam-Golm zusammen. Ihre Ergebnisse stellen sie im Fachmagazin Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-17498-6) vor.

Quelle: FZ Jülich

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Schlimmer als gedacht: Rückgang der Artenvielfalt durch Habitatverluste unterschätzt

Luftaufnahme eines Waldstückes im brasilianischen atlantischen Regenwald, der von Zuckerrohr umgeben ist. Foto: Mateus Dantas de Paula

Mittlerweile ist es auch in der Politik angekommen: Um das Aussterben von Tieren und Pflanzen zu verringern, müssen deren Lebensräume geschützt und wiederhergestellt werden. Doch die entsprechenden politischen Maßnahmen stützen sich oft auf Vorhersagen durch ein einfaches theoretisches Modell, das beschreibt, wie sich die Artenzahl im Verhältnis zum vorhandenen Lebensraum verändert. Eine neue Studie im Fachmagazine Nature (https://doi.org/10.1038/s41586-020-2531-2) zeigt nun, dass dieses Standard-Modell unterschätzt, wie viele Arten tatsächlich auf lokaler Ebene aussterben.

Quelle: iDiv

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Die wundersame Reise kleiner RNA-Stücke

Small interfering RNA (siRNA) von zwei Dutzend Basenpaaren Länge übermitteln die RNA-Interferenz über weite Distanzen. Grafik: David Goodsell, pdb101.rcsb.org / CC BY 4.0

Schon seit längerem ist bekannt, dass die RNA-​Interferenz Gene in entfernten Zellen stummschaltet. Nun weisen ETH-​Forschende erstmals eindeutig nach, dass kurze doppelsträngige RNA-​Schnipsel in Pflanzen die Kuriere sind, welche die RNA-​Interferenz über weite Entfernung übermitteln. Das Forschungsteam um Olivier Voinnet von der ETH Zürich veröffentlichten seine Ergebnisse im Fachjournal Nature Plants (DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-020-0687-2).

Quelle: ETH Zürich

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Europäischer Mais zeigt die verborgenen Unterschiede innerhalb einer Art

Erstmals entschlüsselten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das europäische Mais-Genom. Dazu analysierten sie vier verschiedene europäische Maislinien mithilfe moderner Sequenzierungstechnologien und Ansätzen aus der Bioinformatik. Die Ergebnisse verglichen sie mit zwei Linien aus Nordamerika. Die Forscherinnen und Forscher fanden ausgeprägte Unterschiede in Gengehalt und in der Genomstruktur dieser Linien – und dies nach nur einigen hundert bis tausend Jahren der Trennung. Im Vergleich mit nordamerikanischen Maislinien entdeckten sie Unterschiede, die möglicherweise zum Heterosis-Effekt beitragen. Ihre Ergebnisse publizierten die Forschenden unter Leitung des Helmholtz Zentrums München in Zusammenarbeit mit der TUM School of Life Sciences, dem Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK), der Universität Bonn und der KWS SAAT SE im Fachmagazin Nature Genetics (DOI: https://doi.org/10.1038/s41588-020-0671-9).

Quelle: Helmholtz Zentrum München

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Extreme Umweltbedingungen führen zu massiver Umverteilung der globalen Artenvielfalt

Globale Verteilung der biologischen Vielfalt vom Oberperm bis zum Mitteltrias. Grafik und (c): Song, H. et al.

Die biologische Vielfalt ist weltweit nicht gleichmäßig verteilt, sondern die meisten Arten leben in den Tropen, so dass die Anzahl der Arten Richtung Nord- und Südpol abnimmt. Dies gilt allerdings nicht für den Zeitraum von vor 252 bis 247 Millionen Jahren, wie Fossilien zeigen. Die Senckenberg-Wissenschaftlerin Dr. Shan Huang berichtet im Fachmagazin Proceedings of the National Academy of Sciences (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1918953117), dass die biologische Vielfalt damals global gleichmäßiger verteilt war, weil extreme Umweltveränderungen und ein Massenaussterben zusammenwirkten. Die Studie belegt, dass ein schneller Klimawandel die globale Verteilung der biologischen Vielfalt maßgeblich verändern wird.

Quelle: Senckenberg

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Zielgerichtete Mutagenese bei Weizen nach Übertragung von CRISPR-RNA und Cas-Endonuklease durch Bestäubung mit Mais

Zielgerichtete Mutagenese bei Weizen nach Übertragung von CRISPR-RNA und Cas-Endonuklease durch Bestäubung mit Mais. Grafik: IPK

Die neuen Methoden der zielgerichteten - und damit punktgenauen - Mutagenese erleichtern die Erforschung von Genfunktionen und können den Fortschritt der Pflanzenzüchtung enorm beschleunigen, indem neue, genspezifische Biodiversität erzeugt oder aber bekannte Genvarianten in anderen Zuchtlinien reproduziert werden. Allerdings ist die Anwendung der gezielten Mutagenese bei Weizen aufgrund der hohen Komplexität seines Erbgutes und der stark von der verwendeten Zuchtlinie abhängigen DNA-Transfermethoden eine besondere Herausforderung. Forschende vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben zeigen im Fachmagazin Plant Biotechnology Journal (DOI: https://doi.org/10.1111/pbi.13415), wie eine punktgenaue Mutagenese durch artenübergreifende Bestäubung von Weizen mit CRIPR-RNA/Cas-Endonuklease-transgenem Mais in beliebigem Weizenzuchtmaterial erreicht werden kann.

Quelle: IPK (pdf)

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Waldföhren haben ein ökologisches Gedächtnis

Im Pfynwald bewässern WSL-Wissenschaftler*innen seit 2003 mehrere Waldparzellen. Bei einem Teil davon wurde die Bewässerung nach 11 Jahren wieder gestoppt. Foto: Reinhard Lässig, WSL

Bewässerten Waldföhren im trockenen Pfynwald (Kanton Wallis, Schweiz) wurde nach 11 Jahren das Wasser wieder abgedreht. Die Reaktion der Bäume darauf überraschte die internationale Forschungsgruppe unter der Leitung der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL. Es zeigte sich, dass das Baumwachstum auch von vergangenen Bedingungen beeinflusst wird. Man könnte sagen, Bäume vergessen nicht, wie die Forschenden im Fachmagazin New Phytologist (DOI: https://doi.org/10.1111/nph.16582) berichten.

Quelle: WSL

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Wie viele invasive Arten vertragen unsere Ökosysteme?

Wasserhyazinthe (Eichhornia crassipes) im Hartbeespoort-Stausee in Südafrika. Als Zierpflanze eingeführt hat sie sich mittlerweile auf allen Kontinenten mit Ausnahme der Antarktis ausgebreitet. Die Pflanze verändert den lokalen Wasserfluss, die Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft und bietet Lebensräume für Moskitos, die als Hauptüberträger von Krankheiten fungieren. Foto und (c): Olga Ernst, Wikimedia, CC BY-SA 4.0

Schon 20 bis 30 Prozent mehr invasive Arten führen zu weltweiten dramatischen Biodiversitätsverlusten in der Zukunft. Zu diesem Schluss kommt die Studie eines internationalen Forscherteams unter der Leitung der Universität Wien und unter Beteiligung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung UFZ. Ursachen seien vor allem der zunehmende globale Warentransport, der Klimawandel und das wirtschaftliche Wachstum. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Global Change Biology (DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.15199) veröffentlicht.

Quelle: iDiv

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Wie sich die Artenvielfalt in Europa lokal verändert

Die über 6200 untersuchten Arten umfassen acht taxonomische Gruppen, darunter Insekten, Vögel und Blütenpflanzen. Foto: Senckenberg

Forschende haben mit einem internationalen Team die Ergebnisse einer einmaligen Zusammenstellung von 161 Langzeitmessreihen (15–91 Jahre) von 6200 marinen, terrestrischen und im Süßwasser lebenden Arten in 21 europäischen Ländern veröffentlicht. Die Wissenschaftler*innen vom Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt zeigen, dass sich lokale Biodiversitätstrends in Europa teilweise erheblich von globalen Mustern unterscheiden. Insbesondere die Zusammensetzung von Artengemeinschaften hat sich lokal stark verändert. Die Studie erscheint heute im Fachjournal Nature Communications und hat Auswirkungen auf die Erstellung von wirksamen Schutzkonzepten.

Quelle: Senckenberg

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Asteriden: Verwandtschaft von Heidekraut und Tomate geklärt

Der „Deutsche“ Enzian (Gentiana germanica) ist nicht nur Alpenfreunden bekann. Foto: Maximilian Weigend, Uni Bonn

Die Asteriden umfassen rund 100.000 Blütenpflanzen, vom Heidekraut bis zur Tomate. Ihre Verwandtschaftsverhältnisse waren bislang noch nicht vollständig geklärt. Eine neue Studie der Universität Bonn, der Pennsylvania State University (USA) sowie der Fudan University (China) hat diese Wissenslücke nun ein Stück weit geschlossen. Es ist die weltweit detaillierteste Stammbaum-Analyse, die bislang für die Asteriden durchgeführt wurde. Ihre Ergebnisse erschienen am 11. Juli in der Fachzeitschrift Molecular Biology and Evolution (DOI: https://doi.org/10.1093/molbev/msaa160).

Quelle: Uni Bonn

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Klimaziele der UN sind ökonomisch sinnvoll: Ambitionierter Klimaschutz zahlt sich aus

Klimaschutz ist nicht billig – aber Klimaschäden sind es auch nicht. Wie viel Klimaschutz ist also wirtschaftlich gesehen am sinnvollsten? Diese Frage hat Ökonomen jahrzehntelang beschäftigt, insbesondere seit dem Wirtschaftsnobelpreis 2018 für William Nordhaus, dessen Berechnungen nach eine Erwärmung um 3,5 Grad bis 2100 ein ökonomisch wünschenswertes Ergebnis sei. Ein internationales Wissenschaftlerteam unter der Leitung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung hat nun die Computersimulation, die diesen Schluss gezogen hat, mit den neuesten Daten und Erkenntnissen aus Klima- und Wirtschaftswissenschaften aktualisiert und im Fachmagazin Nature Climate Change (https://www.nature.com/articles/s41558-020-0833-x) veröffentlicht.

Quelle: PIK

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Venusfliegenfalle schnappt auch zu bei einer Berührung

Der Kraftsensor des Mikrorobotiksystems lenkt ein Sinneshaar aus, das Fangblatt wird durch die Sensoren der Kraftmessdose offen gehalten. Foto: Hannes Vogler, UZH

Blitzartig klappt die Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula) ihre Fangblätter zusammen und fängt so Spinnen und Insekten. Ausgelöst wird die Falle, wenn Beutetiere die empfindlichen Sinneshaare zweimal innerhalb von 30 Sekunden berühren. Eine Studie der Universität Zürich (UZH) zeigt nun, dass auch eine einzelne langsame Berührung die Falle zuschnappen lässt – vermutlich um langsame Larven oder Schnecken zu fangen. "Entgegen der gängigen Ansicht reicht auch eine einzelne, langsame Berührung eines Sinneshaares aus, um zwei Impulse und damit das Zuschnappen auszulösen", sagt Ueli Grossniklaus, Direktor des Instituts für Pflanzen- und Mikrobiologie der UZH und Co-Letztautor der Studie, die im Fachmagazin PLOS Biology (DOI: 10.1371/journal.pbio.3000740) erschien.

Quelle: UZH

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Klimawandel wird laubabwerfende Pflanzen in asiatischen Tropen zurückdrängen

In den asiatischen Tropen - wie in dieser Baumsavanne in Indien - wird bis zum Ende des Jahrhunderts im Mittel bis zu 23 Prozent mehr oberirdische holzige Biomasse wachsen. Foto und (c): Simon Scheiter

Durch höhere Kohlenstoffdioxidwerte in der Luft wachsen in den asiatischen Tropen bis zum Jahr 2100 mehr immergrüne Pflanzen als bisher; laubabwerfende Pflanzen hingegen gehen zurück. Zudem wird die Vegetation der Region in Zukunft stärker in die Höhe wachsen. Das ist das Ergebnis einer Simulation von Senckenberg-Wissenschaftler*innen die im Fachmagazin Global Change Biology (DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.15217) erschienen ist. In Folge dieser Entwicklung entsteht in den asiatischen Tropen bis zum Ende des Jahrhunderts im Mittel bis zu 23 Prozent mehr oberirdische holzige Biomasse. Die Region könnte daher eine globale Kohlenstoffsenke sein, vorausgesetzt heutige Flächen mit natürlicher Vegetation werden nicht gerodet.

Quelle: Senckenberg

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News · Forschungsergebnis

Neuer fleischfressender Sonnentau von Madagaskar

Die neu entdeckte Art Drosera arachnoides am Wuchsort auf Madagaskar. Foto: Fortunat Rakotoarivony, Missouri Botanical Garden, Madagascar Research and Conservation Program

Ein internationales Team von Botaniker*innen aus Madagaskar, Brasilien, Frankreich und der Botanischen Staatssammlung München (SNSB-BSM) hat eine neue fleischfressende Pflanze aus der Gattung Drosera (Sonnentau) entdeckt und beschrieben. Der Botaniker Dr. Andreas Fleischmann - Preisträger unseres Eduard-Strasburger-Preises von 2015 - entdeckte  Herbarscans, die auf den Seiten des Herbariums des US-amerikanischen Missouri Botanical Garden online gestellt wurden, sowie auf Fotos der Herbar-Belege in der Sammlung des Naturhistorischen Museums Paris. Die Untersuchung der gesammelten Herbar-Belege brachte dann eindeutig Klarheit. Die neue Art Drosera arachnoides kommt nur auf Madagaskar vor. Eine genaue Beschreibung der neuen Pflanzenart veröffentlichten die Wissenschaftler nun in der wissenschaftlichen Zeitschrift Plant Ecology and Evolution (DOI: https://doi.org/10.5091/plecevo.2020.1705).

Quelle: SNSB-BSM

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News · Anwendung · Forschungsergebnis

Umweltfreundliche Alternative: Nährstoffe aus Algen

Mikroalgen könnten eine alternative Quelle für die gesunden Omega-3-Fettsäuren in der menschlichen Ernährung sein – und das umweltfreundlicher als beliebte Fischarten. Das zeigt eine neue Studie. "Wir wollten herausfinden, ob Mikroalgen, die in Deutschland in Photobioreaktoren produziert werden, eine umweltfreundlichere Quelle für wichtige Nährstoffe sein könnten als Fisch", sagt Susann Schade vom Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Die Studie erschien in der Fachzeitschrift Journal of Applied Phycology (DOI: https://doi.org//10.1007/s10811-020-02181-6) und gibt erste Hinweise auf die zu erwartenden Umwelteffekte, wenn Mikroalgen in Deutschland kultiviert würden.

Quelle: MLU

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Proteinmodifikation: Acetyltransferasen als Doppelagenten

Die neu entdeckte Familie der Acetyltransferasen (GNAT) können zwei verschiedene Acetylierungen an Proteinsequenzen antreiben. Grafik und (c): Annika Brünje, Molecular Systems Biology

Forschende haben in Chloroplasten eine neue Familie bestimmter Acetyltransferasen (GNAT) entdeckt. Die Enzyme können zwei verschiedene Acetylierungen an Proteinsequenzen antreiben, berichtet das internationale Forschungsteam um die Münsteraner Professorin Iris Finkemeier sowie aus Finnland und Frankreich im Fachjournal Molecular Systems Biology (DOI: https://doi.org/10.15252/msb.20209464). Wie es berichtet, hat es acht neue Acetyltransferasen in Arabidopsis-Pflanzen identifiziert. Dabei machten die Wissenschaftler*innen eine überraschende Entdeckung: Die Enzyme sind in der Zelle auf doppelte Weise katalytisch aktiv – machen also auf unterschiedlichen Wegen Reaktionen möglich. Zuvor war angenommen worden, dass die verschiedenen Acetylierungen auch durch verschiedene Enzyme angetrieben werden. „Unsere Studie deckt eine ganz neue Komplexität innerhalb der Enzym-Maschinerie auf. Die Ergebnisse legen nahe, dass auch andere Enzyme in eukaryotischen Zellen solche ,Doppel-Aktivitäten‘ aufweisen können“, betont Studienleiterin Prof. Dr. Iris Finkemeier von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU). Mithilfe quantitativer Massenspektrometrie belegten sie darüber hinaus, dass die Enzyme sowohl bei der N-terminalen Acetylierung als auch der Lysin-Acetylierung aktiv sind und die Proteine entsprechend verändern.

Quelle: Uni Münster

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News · Forschungsergebnis

Algen als lebende Biokatalysatoren für eine grüne Industrie

Algen haben großes Potenzial für die umweltfreundliche Energiegewinnung. Foto und (c): Marquard, RUB

Viele Substanzen, die wir täglich nutzen, wirken nur in der richtigen 3D-Struktur. Natürliche Enzyme könnten sie umweltfreundlich herstellen – wenn sie nicht einen bisher nur teuer zu erzeugenden Hilfsstoff bräuchten. Ein Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat in einzelligen Grünalgen genau die gewünschten Enzyme entdeckt. Und noch besser: Da lebende Algen als Biokatalysatoren für bestimmte Substanzen infrage kommen, bringen sie den Hilfsstoff gleich mit und stellen ihn umweltfreundlich durch Photosynthese her. Das Team veröffentlichte seine Ergebnisse unter dem Titel Evolutionary diverse Chlamydomonas reinhardtii Old Yellow Enzymes reveal distinctive catalytic properties and potential for whole-cell biotransformations am 17. Juni in der Zeitschrift Algal Research (DOI: https://doi.org/10.1016/j.algal.2020.101970).

Quelle: RUB

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News · Anwendung · Forschungsergebnis

Elektroden nach dem Vorbild von Laubblättern

Die Forschenden haben Blattadern mit Kupfer beschichtet und sie so in elektrisch leitfähige und optisch transparente Elektroden umgewandelt. Foto: Sven Döring, Leibniz-IPHT

Ein Forschungsteam hat aus Laubblättern Elektroden mit besonderen optischen und elektronischen Eigenschaften gebaut. Die Forschenden des Jenaer Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben Blattadern mit Kupfer beschichtet und sie so in elektrisch leitfähige und optisch transparente Elektroden umgewandelt. Sie nutzten also die für den Transport in Pflanzen optimierte, verzweigte Struktur der Blattadern, wie sie im Fachmagazin Nano-Micro Letters (DOI: https://doi.org/10.1007/s40820-019-0359-9) berichten. Konstruiert nach dem Vorbild der Natur, könnten sich mit den Blattstruktur-Elektroden neuartige Solarzellen, LEDs oder Displays entwerfen lassen.

Quelle: Leibniz-IPHT

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Moos-Protein korrigiert Erbgut-Fehler anderer Pflanzen

Dr. Anke Hein, Bastian Oldenkott und Dr. Mareike Schallenberg-Rüdinger untersuchen Linien des Mooses Physcomitrium mit eingebrachten PPR-Proteinen aus Blütenpflanzen. Foto und (c): Elena Lesch, Uni Bonn

Fast alle Landpflanzen beschäftigen ein Heer molekularer Redakteure, die Fehler in ihrer Erbinformation berichtigen. Forscher*innen der Universität Bonn haben nun mit Kolleg*innen aus Hannover, Ulm und Kyoto einen dieser Korrekturleser vom Moos Physcomitrium patens (bisher bekannt als Physcomitrella patens) in die Blütenpflanze Arabidopsis thaliana übertragen. Erstaunlicherweise verrichtet er dort seine Arbeit ähnlich zuverlässig wie im Moos selbst, obwohl mehr als 400 Millionen Jahre Evolutionsgeschichte zwischen beiden Pflanzen liegen. Die Studie eröffnet möglicherweise einen neuen Weg, das Erbgut von Chloroplasten und Mitochondrien zu modifizieren. „Insbesondere für pflanzliche Mitochondrien ist das bislang noch gar nicht möglich“, betont Dr. Mareike Schallenberg-Rüdinger. Eventuell lässt sie sich auch zur Entwicklung leistungsfähigerer Nutzpflanzen einsetzen. Die Studie publizierten das Team in der Fachzeitschrift The Plant Cell (DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.20.00311).

Quelle: Uni Bonn

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Meeresalgen-Wirkstoff als Mittel gegen Infektionen und Hautkrebs entdeckt

Blasentang. Foto: Larissa Büdenbender, GEOMAR

Neue, bioaktive Bestandteile des auch in der Ostsee beheimateten Blasentangs und seines Pilzsymbionten haben Forschende des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel nun als wirksam gegen infektiöse Bakterien bzw. Hautkrebs ausgemacht. „Auf Algorithmen basierende Chemo- und Bioinformatik-Strategien sowie maschinelle Lernwerkzeuge haben es uns ermöglicht, das massive Metabolom der Braunalge zu kartieren und gleichzeitig die für ihre antibiotische Aktivität verantwortlichen Wirkstoffcluster vorherzusagen“, sagt Dr. Larissa Büdenbender, ehemalige Postdoktorandin in der Gruppe von Prof. Tasdemir und Hauptautorin eines der beiden jetzt in der Fachzeitschrift Marine Drugs (DOI: https://doi.org/10.3390/md18060311 und https://doi.org/10.3390/md18010047) erschienenen Artikel.

Quelle: GEOMAR

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So verarbeiten Pflanzen überlebenswichtige Signale

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben das Signalnetzwerk in Pflanzen kartiert und neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie Pflanzen Informationen über ihre Umwelt verarbeiten. Die Forschungsgruppe hat das molekulare Proteinnetzwerk von Pflanzen systematisch kartographiert, indem es mehr als 17 Millionen Proteinpaare experimentell auf wechselseitige Interaktionen prüfte. Dafür setzte sie eine robotergestützte Pipeline in Kombination mit Methoden der Bioinformatik ein. Wie sie im Fachmagazin Nature (DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2460-0) zeigen, regeln alle getesteten Interaktionen zwischen Proteinen, von denen man bisher annahm, dass sie nur Teil eines einzigen Signalweges sind, die Kommunikation tatsächlich zwischen verschiedenen Signalwegen. „Das ist eines der erstaunlichsten Erkenntnisse aus dieser Studie: Die meisten Proteine fungieren in mehreren Signalwegen," sagt Dr. Melina Altmann, Erstautorin der Studie. Die Forschenden des Helmholtz Zentrums München und der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) sehen darin auch Potential für neue Strategien um beispielsweise Nutzpflanzen besser vor zunehmender Dürre schützen zu können.

Quelle: Helmholtz Zentrums München

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Wie Blühstreifen, Öko-Landbau und kleine Felder auf Wildbienen wirken

Costanza Geppert sammelt Bienen und andere Insekten am Rande eines Getreidefelds. Foto: Bettina Donkó

Sowohl die Anlage von Blühstreifen an konventionellen Getreidefeldern als auch die erhöhte Blütendichte im Öko-Landbau fördern Hummeln wie auch einzeln lebende Wildbienen und Schwebfliegen. Hummelvölker profitieren von Blühstreifen an kleinen Feldern, aber von großen Feldern im Ökolandbau. Das legen Agrarökologinnen und Agrarökologen der Universität Göttingen in einem Vergleich verschiedener Anbausysteme und Landschaftstypen dar. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift Journal of Applied Ecology (DOI: https://doi.org/10.1111/1365-2664.13682) erschienen. „Die Ergebnisse zeigen, dass Maßnahmen auf lokaler wie auch auf Landschaftsebene wichtig sind, um Wildbienen zu fördern“, betont Costanza Geppert, Erstautorin der Studie.

Quelle: Uni Göttingen

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Optogenetisches Werkzeug für Pflanzen

Das optogenetische Werkzeug PULSE erlaubt die präzise und reversible Steuerung der Genexpression in Pflanzen bei normalem Licht. Foto: Leonie-Alexa Koch, Institut für Synthetische Biologie, HHU

Ein Forschungsteam ein optogenetisches Werkzeug für den Einsatz in der Pflanzenforschung entwickelt. Damit können Prozesse in den Pflanzen präzise mit Licht gesteuert werden, wie sie nun im Fachmagazin Nature Methods berichten (DOI: https://doi.org/10.1038/s41592-020-0868-y). Dem Team um Forscher Prof. Dr. Matias Zurbriggen vom Cluster of Excellence on Plant Sciences (CEPLAS) an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und Prof. Dr. Rüdiger Simon (HHU) ist es gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen vom CIBSS an der Universität Freiburg und der University of East Anglia-Norwich gelungen, einen für Pflanzen maßgeschneiderten optogenetischen Schalter zu entwickeln. Dieses PULSE (Plant Usable Light-Switch Elements) genannte Werkzeug eignet sich für Pflanzen im normalen Tag-/Nachtzyklus und wird durch gezielte Bestrahlung mit rotem Licht einer sehr eng begrenzten Wellenlänge aktiviert und mit normalem weißem Licht wieder zurücksetzt.

Quelle: HHU

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Wissenschaftler*innen warnen vor der Ausbreitung gebietsfremder, invasiver Arten

Die Anzahl gebietsfremder Arten nimmt rasant zu. Aktuell gibt es weltweit bereits mehr als 18.000 dieser Arten, berichten internationale Wissenschaftler*innen heute im Fachjournal „Biological Reviews“. Ein kleiner Teil gebietsfremder Arten sind invasiv und sorgen in ihren neuen Lebensräumen für eine Menge von Problemen, wie beispielsweise die Verdrängung einheimischer Arten. „Eine Analyse der Roten Liste der Weltnaturschutz-Organisation IUCN hat gezeigt, dass bei 25 Prozent der ausgestorbenen Pflanzen und 33 Prozent der ausgestorbenen Land- und Süßwassertiere gebietsfremde Arten mitverantwortlich für das Aussterben waren. Die jährlichen Verluste durch die Umweltauswirkungen nicht-heimischer Arten in den USA, Großbritannien, Australien, Südafrika, Indien und Brasilien belaufen sich auf über 100 Milliarden US-Dollar“, erklärt Dr. Hanno Seebens, Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum (SBiK-F). Das Forschungsteam warnt daher im Fachmagazin Biological Reviews (DOI: https://doi.org/10.1111/brv.12627) eindringlich vor der steigenden Bedrohung durch solche Arten. Um die Eindringlinge aufzuspüren, ihre Ausbreitung zu kontrollieren und möglichst zu stoppen, sei ein sofortiges Handeln nötig.

Quelle: SBiK-F

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Klimaextreme werden Wälder verändern

Abgestorbene Buchen im Forst der Universität Würzburg im Steigerwald, 2019. Foto: Martin Wegmann; JMU

So heiß und trocken wie 2018 war kein Jahr seit dem Beginn der Wetteraufzeichnungen. Die Wälder in Mitteleuropa sind davon nachhaltig geschädigt. Das damals ausgelöste Baumsterben wird noch Jahre andauern. „Fichten sind am stärksten betroffen, denn ihr natürlicher Lebensraum in Mitteleuropa liegt in feuchten und kühlen Bergwäldern, nicht in Tieflagen“, erklärt Professor Bernhard Schuldt von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg. „Für viele überraschend war allerdings, dass auch Buchen in diesem Ausmaß betroffen sind. Hier in Unterfranken habe ich mehrere Bestände gesehen, die komplett eingegangen sind, vor allem auf flachgründigen Standorten auf Muschelkalk.“ Trotzdem würden Buchen zum Teil noch als „Zukunftsbäume“ eingestuft, auch wenn ihre Toleranz gegenüber Trockenheit schon seit dem Hitzejahr 2003 kontrovers diskutiert wird. Was tun? „Ich denke, dass sich im Zuge des Klimawandels extreme Dürre- und Hitzeereignisse häufen werden“, so der JMU-Wissenschaftler. Zumindest lokal werde es darum zu einem Umbau der Wälder kommen müssen. Nötig seien Mischwälder mit möglichst trockenresistenten Baumarten. „Aber da müssen wir noch erforschen, welche Baumarten in welcher Kombination am besten geeignet sind, auch aus ökologischer und forstwirtschaftlicher Sicht. Das wird ein längerer Weg.“  Ihre Ergebnisse publizierten die Forschenden im April im Fachmagazin Basic and Applied Ecology (DOI: https://doi.org/10.1016/j.baae.2020.04.003) und stellten sie heute der Öffentlichkeit vor.

Quelle: JMU

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Erster Schritt der Fucoxanthin-Biosynthese entschlüsselt

Für die braune Farbe von Kieselalgen und Dinoflagellaten sind die Lichtsammelcarotinoide Fucoxanthin beziehungsweise Peridinin verantwortlich, welche die absorbierte Lichtenergie zur fotosynthetischen Nutzung auf Chlorophylle übertragen. Foto und (c): Martin Lohr, JGU

Forschende haben den ersten Biosyntheseschritt eines in den Weltmeeren dominierenden Photosynthese-Pigmentes aufgeklärt. Interessanter weise ist das für den ersten Schritt in der Fucoxanthin-Biosynthese verantwortliche Enzym eng verwandt mit einem bereits gut untersuchten Enzym namens Violaxanthin-Deepoxidase, das in Landpflanzen und den meisten Algen vorkommt und unter Starklichtstress die Bildung von Lichtschutz-Carotinoiden bewirkt.  „Wir können davon ausgehen, dass Carotinoide in photosynthetisch aktiven Organismen ursprünglich nur als Lichtschutzpigmente gedient haben“, erklärt Dr. Martin Lohr, der Leiter dieses Forschungsprojektes an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU). „Wie unsere Arbeiten zeigen, haben Algen aus dem für die Bildung dieser Carotinoide erforderlichen Enzym-Werkzeugkasten einzelne Werkzeuge dupliziert und für eine der Kopien eine neue Funktion entwickelt. Dadurch konnten sie komplexer aufgebaute Pigmente mit veränderten Absorptionseigenschaften bilden, die sich offensichtlich besonders gut als Lichtsammelpigmente eignen.“ Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forschenden am 4. März im Fachmagazin Science Advances (DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw9183).

Quelle: JGU

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Neuer Pflanzenstamm entdeckt

Bisher wurden Pflanzen in zwei Abteilungen oder Stämme eingeteilt:

  • Die Streptophyta, die neben einigen Algen alle Landpflanzen umfassen,
  • sowie die Chlorophyta, unter die alle übrigen Grünalgen fallen.

Während die Evolution der Landpflanzen bereits recht gut erforscht ist, liegt der Ursprung der grünen Pflanzen noch weitgehend im Dunkeln. Nun beschreibt ein internationales Team unter Leitung der Universität Duisburg-Essen (UDE) in einer Erbgutanalyse, dass die Vorfahren der Alge Prasinoderma coloniale sich vor der Trennung der Pflanzen in Chlorophyta und Streptophyta im Stammbaum abspalteten und einem neuen, dritten Stamm, den Prasinodermophyta, angehören, wie sie im Fachmagazin Nature Ecology and Evolution schreiben (DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-020-1221-7). Die Forschenden fanden aber noch etwas Erstaunliches im Genom: „Es gibt Hinweise darauf, dass die Alge mit der Zeit verlorengegangene Funktionen nun durch Bakterien ersetzt“, erklärt UDE-Seniorprofessor Dr. Michael Melkonian. So kann P. coloniale zum Beispiel die lebensnotwendigen Vitamine B1, B7 und B12 nicht mehr selbst herstellen. Diese bekommt sie nun vermutlich von Bakterien zur Verfügung gestellt, die mit den Algen in Symbiose leben – das heißt, sie profitieren jeweils voneinander.

Quelle: UDE

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Neuer Kandidat für Rohstoffsynthese durch Gentransfer

Cyanobakterien als Produzenten von Ethanol oder Wasserstoff – natürlicher Gentransfer könnte das möglich machen. Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT

Cyanobakterien brauchen kaum Nährstoffe und nutzen die Energie des Sonnenlichts. Badegäste kennen die – oft fälschlich „Blaualgen“ genannten – Mikroorganismen von ihrem Auftreten in Gewässern. Eine Forschungsgruppe am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat herausgefunden, dass sich die mehrzellige Art Phormidium lacuna durch natürliche Transformation genetisch verändern lässt und dadurch zum Beispiel Ethanol oder Wasserstoff produzieren könnte. Seine Ergebnisse publizierte das Team um den Karlsruher Professor Tilman Lamparter in der Fachzeitschrift PLOS ONE (DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0234440).

Quelle: KIT

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Nicht-heimische Nutzpflanzen breiten sich erfolgreicher aus

Der Nickende Sauerklee (Oxalis pes-caprae) ist in Südafrika heimisch. Er wurde for allem als Bienenweide für die Honigproduktion und als Zierpflanze in viele Regionen eingeführt. Heutzutage findet man ihn weltweit. Foto und (c): Mark van Kleunen

Ob sich eine nichtheimische Art in ihrer neuen Umgebung dauerhaft ausbreiten kann, hängt stark davon ab, ob und zu welchem Zweck sie wirtschaftlich genutzt wird, zum Beispiel als Heil- oder Futterpflanze. Zu diesem Schluss kommt eine internationale Studie u.a. von Forschenden der Unis Konstanz und Wien, die erstmals den Einfluss der kommerziellen Nutzung von nicht-heimischen Pflanzen auf deren Einbürgerungserfolg weltweit untersuchte. Dazu analysierte das Team einen globalen Datensatz zu 11.685 Nutzpflanzenarten (World Economic Plants Database) in Kombination mit einem weltweiten Datensatz von 12.013 eingebürgerten Neophyten (Global Naturalized Alien Flora Database). Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen wesentlich zum Verständnis der Ausbreitung nichtheimischer Arten bei. Die Ergebnisse dieser m Fachjournal Nature Communications veröffentlichten Arbeit (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-16982-3) tragen wesentlich zum Verständnis der Ausbreitung nichtheimischer Arten bei.

Quelle: Uni Wien

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Wann es Zeit zum Blühen ist

Woher wissen Pflanzen, wann sie am besten blühen sollten? Dieser Frage sind Pflanzenwissenschaftler*innen nachgegangen und haben zwei Gene ausgemacht, die dafür maßgeblich sind: Die Gene ELF3 und GI kontrollieren die innere Uhr der Pflanzen, überwachen die Dauer des Tageslichts und können so den richtigen Blütezeitpunkt bestimmen. Die Erkenntnisse könnten dabei helfen, Pflanzen zu züchten, die besser an ihre Umgebung angepasst sind. Die Studie veröffentlichte das Team um Prof. Marcel Quint von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in der Fachzeitschrift The Plant Journal (DOI: https://doi.org/10.1111/tpj.14604) veröffentlicht.

Quelle: MLU

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Wie die Venusfliegenfalle zuschnappt

Venusfliegenfalle mit Beute. Foto: Plant Biomechanics Group

Die Venusfliegenfalle (Dionaea muscipula) braucht nur 100 Millisekunden, um ihre Beute zu fangen. Haben sich ihre zu Schnappfallen umgewandelten Blätter geschlossen, können Insekten nicht mehr entrinnen. Ein Team des Botanischen Gartens Freiburg und der Universität Stuttgart hat anhand von biomechanischen Experimenten und mit virtuellen Venusfliegenfallen detailliert analysiert, wie die Fallenhälften zuklappen. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Proceedings of the National Academy of Sciences USA (DOI: https://10.1073/pnas.2002707117).

Quelle: Uni Freiburg

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Wie ein Schadpilz die Pflanzenabwehr außer Kraft setzt

Weißfäule-Pilz (Sclerotinia sclerotiorum) auf einer Arabidopsis-Pflanze. Foto: Anna Schroll

Kohlpflanzen wehren sich gegen Fraßfeinde und Erreger durch die sogenannte Senföl-Bombe. Bei Verwundung bildet die Pflanze giftige Isothiocyanate, die die Angreifer wirksam abwehren können. Forschende am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie und der Universität Pretoria konnten nun in einer im Fachmagazin Nature Communications publizierten Studie (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-16921-2) zeigen, dass diese Verteidigung zwar auch gegen den weitverbreiteten Schadpilz Sclerotinia sclerotiorum wirksam ist, dieser aber mindestens zwei verschiedene Entgiftungsmechanismen nutzt, um sich auf sich derlei verteidigten Pflanzen erfolgreich ausbreiten zu können.

Quelle: MPI für chemische Ökologie

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Waldverlust verstärkt Biodiversitätswandel

Das Tempo, mit dem die biologische Vielfalt auf den Verlust von Wäldern reagiert, variiert von wenigen Jahren, wie bei vielen Gräsern und lichtliebenden Pflanzen, bis hin zu Jahrzehnten, wie bei langlebigen Bäumen. Foto: Gergana Daskalova

Der Verlust von Waldflächen verringert nicht grundsätzlich die biologische Vielfalt – aber er kann sie stark verändern. Zu diesem Ergebnis kommt ein internationales Forscherteam unter Beteiligung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Die im Fachmagazin Science veröffentlichte Studie (DOI: https://doi.org/10.1126/science.aba1289) zeigt anhand von Biodiversitätsdaten der vergangenen 150 Jahre von mehr als 6000 Orten, dass der Rückgang von Wäldern auf der ganzen Welt bestehende Zunahmen oder Rückgänge bei den vorherrschenden Tier- und Pflanzenarten verstärkt. Doch diese Veränderungen werden mitunter erst nach Jahrzehnten deutlich.

Quelle: iDiv

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Wie seine Rinde den Riesenmammutbaum schützt

Riesenmammutbaum im Sequoia National Forest, USA. Foto: Plant Biomechanics Group Freiburg

Der Riesenmammutbaum (Sequoia giganteum) hat effektive Strategien entwickelt, um sich in seinem natürlichen Verbreitungsgebiet der Sierra Nevada gegen äußere Einflüsse zu schützen. Seine Rinde sorgt dafür, dass der Baum Waldbrände und Steinschlag nahezu unbeschadet übersteht. Prof. Dr. Thomas Speck und Max Langer vom Exzellenzcluster Living, Adaptive and Energy-autonomous Materials Systems (livMatS) haben gemeinsam mit Dr. Georg Bold vom Institut für Biologie erstmals detailliert die strukturellen Eigenschaften seiner Rinde untersucht. Das Forschungsteam der Universität Freiburg zeigt, dass die Fasern der Rinde ein dreidimensionales Netz mit Hohlräumen bilden und sich einwirkende Energie so besonders gut im Gewebe verteilt. Die Ergebnisse erschienen am 9. Mai in der Fachzeitschrift International Journal of Molecular Sciences (DOI: https://doi.org/10.3390/ijms21093355).

Quelle: Uni Freiburg

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Stickstoffbelastung: Seegraswiesen am Limit

Auf den Seegräsern vor der chinesischen Insel Hainan wuchern Kleinalgen, die durch stickstoffreiche Abwässer aus Aquakulturteichen genährt werden. Foto: Lucia Herbeck

Seegraswiesen geraten zunehmend in Bedrängnis durch ungeklärte Abwässer, die ins Meer geleitet werden. In einer aktuellen Studie im Fachjournal Marine Environmental Research (DOI: https://doi.org/10.1016/j.marenvres.2020.104986) benennen der Biogeochemiker Tim Jennerjahn vom Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT) und sein Team erstmals jenen kritischen Punkt, ab dem dieser für die Umwelt so wichtige Lebensraum unrettbar verlorengeht. „Es gelang uns erstmalig einen Grenzwert der Stickstoffbelastung zu ermitteln, ab dem der Lebensraum Seegraswiese sich nicht mehr von diesem Umweltstress erholen kann und stirbt“, so Jennerjahn. „Er liegt bei einer Konzentration von 112 Mikrogramm gelöstem anorganischen Stickstoff pro Liter Wasser, der über einen Zeitraum von mindestens zehn Jahren einwirkt.“

Quelle: ZMT

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Nicht nur Koffein macht den Kaffee bitter

Inhaltsstoffe im Kaffee - wie etwa Koffein - tragen unterschiedlich stark zur Bitterkeit bei, wie eine Analyse des molekularen Zusammenspiels zwischen Bitterstoffen und Bitterrezeptoren zeigt. Wie das Forschungsteam aufgrund seiner Ergebnisse annimmt, reagieren hauptsächlich zwei der 25 menschlichen Bitterrezeptortypen auf Inhaltsstoffe im Kaffee. Die Forschenden des Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie und der Technischen Universität München (TUM) veröffentlichten ihre Ergebnisse im Fachmagazin Journal of Agricultural and Food Chemistry (DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c01373).

Quelle: Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie

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Biodiversität: 40% Waldanteil in Kulturlandschaft notwendig

Lacandona-Regenwald im Südosten Mexikos: Das ein Hektar große Waldstück in der Mitte hat hohe Bäume, die als Nistplatz seltener Ara-Papageien dienen. Foto: Victor Arroyo-Rodriguez

Wälder, insbesondere in den Tropen, beherbergen die weltweit größte Artenvielfalt, sind aber durch die fortschreitende Landnutzung gefährdet. Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Göttingen hat untersucht, wie hoch der Waldanteil in Kulturlandschaften sein muss, um die meisten Tier- und Pflanzenarten zu schützen, die von diesem Lebensraum abhängen. Die Waldanteile müssen bei mindestens 40 Prozent liegen, wobei rund zehn Prozent in großen Schutzgebieten und 30 Prozent in der Landschaft zerstreut sein können. Ihre Ergrbnisse stellen die Forschenden im Fachjournal Ecology Letters vor (DOI: https://doi.org/10.1111/ele.13535).

Quelle: Uni Göttingen

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Wie Pflanzen ihre Heilung koordinieren

Zu viel Auxin kann tumoröses Verhalten verursachen. Aufnahme: Lukas Hoermayer, IST Austria

Pflanzenzellen können eine Verwundung nicht mit geweglichen Zellen wie Tiere schließen. Stattessen beginnen die benachbarten Zellen schnell zu wachsen oder sich zu vermehren um die Verletzung zu verschließen. Dabei entscheidet jede einzelne Zelle, ob sie sich ausdehnen oder teilen muss, um die Wunde zu füllen. Wie Zellen diese Entscheidung treffen, war jedoch bislang unklar. Nun entdeckten Forschende in der Gruppe von Professor Jiří Friml vom Institute of Science and Technology Austria (IST Austria), dass das Hormon Auxin und der Druck den Weg der Pflanze zur Regeneration lenken, wie sie im Fachmagazin PNAS (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2003346117) berichten.

Quelle: IST

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Statistische Analysen von Inhaltsstoffen erlauben erstmals soliden Test von Theorien der Pflanzenabwehr

Das Blatt einer Tabak-Pflanze ist von der Raupe eines Afrikanischen Baumwollwurm (Spodoptera littoralis) befallen. Foto: Danny Kessler

Hochdurchsatzauswertungen von Stoffwechselprodukten des Kojoten-Tabaks belegen, dass komplexe Stoffwechseländerungen nach Insektenbefall zielgerichtet zur Produktion von Abwehrstoffen erfolgen. Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie und des CNRS-Instituts für Molekulare Pflanzenbiologie/Universität Straßburg in Frankreich kombinierten umfangreiche Messungen bekannter und unbekannter pflanzlicher Stoffwechselprodukte mittels Massenspektrometrie mit statistischen Annahmen aus der Informationstheorie und zeigten, dass der Stoffwechsel bei Befall zielgerichtet zur Bildung von effektiven Abwehrstoffen gesteuert wird, wie sie im Fachmagazin Science Advances (DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz0381).

Quelle: MPI für chemische Ökologie

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Beste Eltern: Genetisch möglichst divers mit ähnlichen Vorlieben

Feldversuche zur Evaluierung der Heterosis bzgl. Kornertrag. Foto: Norman Philipp, IPK

Je diverser in der Genetik, desto besser. Aber nur bei ähnlichen Vorlieben. Einem Forschungsteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben ist es gelungen, die Antwort auf eine lange ungelöste Frage bei der Züchtung von Pflanzenhybriden zu liefern. Wie das Team herausfand, werden Hybriden immer leistungsstärker, je weiter ihre Eltern genetisch voneinander entfernt sind. Die Frage, ob es eine ideale genetische Distanz gibt, verneinen die Froschenden jedoch. Vorausgesetzt, die Eltern sind an vergleichbare Standorte angepasst. Ihre Forschungsergebnisse publizierten sie heute in der Fachzeitschrift Science Advances (DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aay4897).

Quelle: IPK (pdf)

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Wasserbakterien gestalten "Gärten"

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Stieleria maiorica. Zellen in pink. Matrix in blau. Foto: Manfred Rohde, HZI

Forschende haben in einer neu entdeckten Bakterienart Naturstoffe aufgespürt, mit deren Hilfe die im Wasser lebenden Mikroorganismen die Zusammensetzung solcher Biofilme steuern und wie einen Garten nach eigenen Bedürfnissen bestellen. Das Bakterium Stieleria maiorica ist eine von fast 80 neu entdeckten Bakterienarten, die auf Wasserpflanzen und Algen in Biofilmen siedeln und vom Team um den Mikrobiologen Prof. Dr. Christian Jogler der Universität Jena vor der Küste Mallorcas aus dem Mittelmeer gefischt wurde. Stieleria maiorica produziert eine bisher unbekannte Gruppe chemischer Verbindungen, die nach dem Bakterium „Stieleriacine“ benannt wurden. Durch die Stieleriacine werden einige Roseobacter-Arten in ihrem Wachstum gefördert, andere dagegen gehemmt. „Für die Planctomyceten ist das ein entscheidender Vorteil“, ordnet Prof. Jogler ein. „Sie selbst sind gegen das Antibiotikum resistent. Andere Bakterienarten aber, die mit den Planctomyceten im Biofilm konkurrieren, werden durch das Antibiotikum gehemmt.“ Im Fachmagazin Communications Biology stellt das Team aus Deutschland und den Niederlanden seine Ergebnisse vor (DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-020-0993-2).

Quelle: Uni Jena

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Flower-Power in der Stadt fördert Insekten

Heimische Wildpflanzen wie die Acker-Witwenblume bieten Nahrung und Lebensraum für Insekten im Siedlungsraum. Hier treffen sich Knautien-Sandbiene (Wildbiene des Jahres 2017, l.) und Gelbbindige Furchenbiene (Wildbiene des Jahres 2018). Foto: Karsten Mody

Attraktive Umgestaltung: Wenn exotische Gehölze in der Stadt durch Wildblumen-Wiesen ersetzt werden, lockt dies vermehrt Insekten an und trägt wesentlich zur Förderung vieler Insektengruppen bei. Zugleich ist die Pflege der Wildblumen-Flächen deutlich kostengünstiger im Unterhalt als die vorherige Begrünung. Dies zeigte eine zweijährige Freilandstudie im hessischen Ried unter Federführung der TU Darmstadt. Die Ergebnisse wurden jetzt im Fachmagazin PLOS ONE (DOI:  https://doi.org/10.1371/journal.pone.0234327) veröffentlicht.

Quelle. TU Darmstadt

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Dürresommer 2018: Das Erbe eines warmen Frühlings

Die Basis für die extreme Dürre im Sommer 2018 wurde bereits im Frühjahr gelegt: Aufgrund einer Hitzewelle üppig wachsende Pflanzen entzogen dem Boden früh viel Wasser und verstärkten damit die sommerliche Trockenheit. Das zeigen Simulationen von Klimaforscherinnen und -forschern der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), wie sie im Fachjournal Science Advances (DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aba2724) berichten.

Quelle: LMU

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Gen reduziert Pollenzahl in Arabidopsis

Reife Staubbeutel von Arabidopsis thaliana: Im Vergleich zum Wildtyp (links) enthält die rdp1-Mutante (rechts) fast nur die Hälfte der Pollenkörner (in magenta). Aufnahme: Hiroyuki Kakui

Für selbstbefruchtende Pflanzen kann es vorteilhaft sein, weniger Samenzellen zu produzieren. Eine internationale Studie unter der Leitung der Universität Zürich hat in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana ein Gen identifiziert, das die Pollenzahl reduziert. Mit einer genomweiten Assoziationsstudie fanden Forschende der Universität Zürich ein Gen, das die Zahl der Pollen beeinflusst, die jede Pflanze produziert. Wie sie im Fachjournal Nature Communications zeigen (https://www.nature.com/articles/s41467-020-16679-7), ist eine Verringerung der Pollenzahl bei einer selbstbefruchtenden  Art, nicht unbedingt schädlich, sondern eher vorteilhaft. Die Ergebnisse unterstützen die Evolutionstheorie und könnten dazu beitragen, die Pflanzenzüchtung und Domestizierung in der Landwirtschaft zu optimieren.

Quelle: Uni Zürich

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News · Forschungsergebnis

Membranprotein wird gleichzeitig an zwei Orte dirigiert

Arabidopsis thaliana Blüte. Foto: lehic, Adobe Stock, WWU

Die beiden Membranproteine GPT1 und GPT2 importieren aktivierte Glucose in Form von Glucose-6-Phosphat in die Plastiden, um den oxidativen Pentosephosphatweg mit „Futter“ zu versorgen. Da es Hinweise darauf gab, dass die drei oxidativen Schritte dieses Stoffwechselwegs auch in den Peroxisomen ablaufen können, untersuchten Pflanzenforscher*innen ob sie gleichzeitig an zwei verschiedene Orte in derselben Zelle dirigiert werden. Wie die Forschenden der Wilhelms-Universität Münster (WWU) und der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) herausfanden, wird nur GPT1 wird auf zwei Zellorganellen verteilt – dabei führt der alternative Weg des Membranproteins über das Endoplasmatische Retikulum. Letztendlich schafft GPT1 damit an zwei Orten gleichzeitig die Voraussetzung dafür, dass Reduktionskraft bereitgestellt wird – also die Fähigkeit, Elektronen zu übertragen. „Unsere Studie zeigt, dass der oxidative Pentosephosphatweg nicht nur in Plastiden und im Zellplasma, sondern auch in Peroxisomen eine Hauptquelle für das energiereiche Ko-Enzym NADPH darstellen kann“, betont Studienleiterin Prof. Dr. Antje von Schaewen von der WWU. Die Wissenschaftler*innen vermuten, dass Pflanzen, bei denen dieser Stoffwechselweg in Peroxisomen blockiert ist, weniger stressresistent sein könnten. Die Studie ist in der Fachzeitschrift The Plant Cell (DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.19.00959) erschienen.

Quelle: WWU

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Klee und Soja versorgen Knöllchen auch mit Arginin

Knöllchenbakterien (blau) in einer Pflanzenwurzel. Braun sichtbar sind pflanzliche Proteine. Quelle: Kolorierte elektronenmikroskopische Aufnahme der ETH Zürich

Pflanzen wie Bohnen, Erbsen, Klee und andere Hülsenfrüchtle leben in Symbiose mit Knöllchenbakterien, wovon beide profitieren. Bisher war die wissenschaftliche Sicht auf diese Symbiose recht simpel: Die Pflanze bezieht von den Bakterien Ammonium, und die Bakterien erhalten im Gegenzug von der Pflanze kohlenstoffreiche Karbonsäuremoleküle. Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) schildern nun in der Fachzeitschrift Molecular Systems Biology (DOI: http://dx.doi.org/10.15252/msb.20199419), dass dieses Zusammenspiel zwischen Pflanze und Bakterien komplexer ist: Die Bakterien beziehen von der Pflanze neben dem Kohlenstoff auch die stickstoffreiche Aminosäure Arginin. "Unsere neuen Erkenntnisse werden es ermöglichen, die Abhängigkeit der Landwirtschaft vom Ammoniumdünger zu verringern und damit die Landwirtschaft nachhaltiger zu gestalten," folgert Beat Christen, Professor für experimentelle Systembiologie der ETH Zürich. Ihre Ergebnisse könnten helfen, mit Biotechnologie die Landwirtschaft nachhaltiger zu gestalten.

Quelle: ETH Zürich

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Prozess der organspezifischen Eliminierung von Chromosomen aufgedeckt

Mitotische Zellen während der Eliminierung von B Chromosomen. Aufnahme: Dr. Alevtina Ruban

Normalerweise enthält jede somatische Zelle in einem Organismus die gleiche Erbinformation. Forschende haben nun erstmalig einen Prozess aufgeklärt, der zu gewebespezifischen Unterschieden in der DNA-Zusammensetzung in Pflanzen führt. Die Wissenschaftler*innen konzentrierten sich bei ihren Untersuchungen auf die organspezifische Eliminierung von B-Chromosomen im Ziegengras, Aegilops speltoides und publizierten ihre Arbeit im Fachjournal Nature Communications (https://www.nature.com/articles/s41467-020-16594-x). Wie Prof. Andreas Houben vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben erklärt: "Die Eliminierung der B-Chromosomen erfolgt aufgrund einer mitotischen Fehlverteilung. Das bedeutet, dass der zelluläre Transport der B-Chromosomen gestört ist und als Folge davon die B-Chromosomen von den regulären Chromosomen getrennt werden. Im letzten Schritt der Eliminierung wird die DNA der B-Chromosomen abgebaut.“ Mit einer ungewöhnlich hohen Effizienz von 100 Prozent könnte dieser Mechanismus der programmierten Chromosomen-Eliminierung zu einem wertvollen Werkzeug in der Züchtung und Medizin werden.

Quelle: IPK Gatersleben (pdf)

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Ein einzelnes Gen bestimmt das Geschlecht von Pappeln

Maskulinisierte Pappel-Blüte, hervorgerufen durch Inaktivierung des ARR17-Gens (arr17). Foto: Thünen-Institut

Obwohl die meisten Pflanzenarten zwittrig sind, ist bei der Evolution vieler Baumarten und verschiedener Nutzpflanzen eine Trennung der Geschlechter (Diözie) entstanden. Die zugrunde liegende Genetik ist allerdings weitestgehend unbekannt. Ein internationales Forschungsteam unter Führung des Thünen-Instituts für Forstgenetik konnte zeigen, dass bei Pappeln ein einzelnes Gen für die Geschlechtsbestimmung verantwortlich ist. Ob eine Pappel männlich oder weiblich wird, liegt an der Aktivität eines einzelnen Gens – des Gens ARR17. Die jetzt in der Fachzeitschrift Nature Plants veröffentlichten Ergebnisse (https://www.nature.com/articles/s41477-020-0672-9) sind von allgemeiner Bedeutung für das Verständnis und die Züchtung getrenntgeschlechtlicher Pflanzen.

Quelle: Thünen-Institut für Forstgenetik

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Neue Methode: Vorstufe des Hormons Jasmonsäure produziert

Wie kann Chemie genutzt werden, um Pflanzenhormone herzustellen? Damit befassen sich die Doktorandin Jana Löwe und die beiden Professoren Dr. Harald Gröger und Dr. Karl-Josef Dietz (v. li.) in einer neuen Studie. Foto: Uni Bielefeld

Pflanzen stellen das Hormon Jasmonsäure her, wenn sie angegriffen werden. So sorgen sie dafür, dass ihre Blätter Fraßfeinden nicht mehr schmecken. Biolog*innen wollen erfahren, ob biologische Vorstufen und andere Varianten der Jasmonsäure zu ähnlichen oder abweichenden Effekten führen. Doch für Experimente waren solche Abkömmlinge des Hormons bislang zu teuer und nur schwer zu bekommen. Forschende aus den Fakultäten für Chemie und Biologie der Universität Bielefeld haben jetzt ein biotechnisches Verfahren gefunden, das die Produktion einer biologisch bedeutenden Vorstufe der Jasmonsäure effizienter und günstiger machen könnte. Ihre Innovation: Sie ahmen nach, wie Pflanzen das Hormon herstellen. Das Ergebnis ist 12-OPDA, eine zentrale Vorstufe von Jasmonsäure. Sie könnte langfristig auch als Vorstufe für hochwertiges Parfüm in Frage kommen. Die Forschenden präsentieren ihr Verfahren heute im Forschungsjournal Advanced Science (DOI: https://doi.org/10.1002/advs.201902973).

Quelle: Uni Bielefeld

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Globaler Wandel im Wald

Große Bäume sind besonders vom Baumsterben betroffen. Foto: K. Baumeister, TUM

Eine neue Studie zeichnet ein düsteres Bild für die Zukunft des Waldes. Der Wald ist weltweit großen Belastungen ausgesetzt. Klimatische Extreme wie Hitze und Dürre setzen ihm zu. Eine im Fachmagazin Science erschienene Studie (DOI: https://doi.org/10.1126/science.aaz9463) mit Beteiligung der Technischen Universität München (TUM) ist der Frage nachgegangen, wie der globale Wandel Wälder in Zukunft verändern könnte. Die beiden Hitzesommer 2018 und 2019 haben Mitteleuropas Wäldern massiv zugesetzt. Alleine in Deutschland kam es in diesen beiden Jahren zum Absterben von mehr als 200.000 Hektar Wald, was annähernd der Fläche des Saarlandes entspricht. Die Forscherinnen und Forscher zeigen die mögliche Entwicklung des Waldes auf und liefern damit eine wichtige Grundlage für Waldpolitik und Waldbewirtschaftung.

Quelle: TUM

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Komplexe genetische Regulation des Blütezeitpunkts

Das Forschungsteam führte vergleichende Analysen an Pflanzen unterschiedlicher Entwicklungsstadien durch - jeweils bei frühblühenden sogenannten Poco1-Pflanzen und den unveränderten Wildtypen. Foto und (c): Prof. Frank Kempken

Ein Forschungsteam des Botanischen Instituts der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) wies im vergangenen Jahr die Beteiligung des sogenannten POCO1-Proteins an der Regulierung des Blütezeitpunkts bei einem häufig untersuchten pflanzlichen Modellorganismus, der Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana), nach. In einer am 12. Mai im Fachmagazin BMC Plant Biology erschienenen Folgearbeit (DOI: https://doi.org/10.1186/s12870-020-02418-z) analysierten die Forschenden aus der Abteilung für Botanische Genetik und Molekularbiologie um Professor Frank Kempken nun mittels Hochdurchsatz-Sequenzierungsverfahren die genetischen Grundlagen dieser Proteine, die pflanzliche Ribonukleinsäure (RNA). Auf diesem Weg konnten sie die genetische Ausprägung und deren Variation identifizieren, die bei Arabidopsis mit der Regulation des Blütezeitpunkts in Verbindung stehen.

Quelle: CAU

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Neue Technik: Arme zwischen Chromosomen mit molekularer Schere ausgetauscht

An der Modellpflanze Ackerschmalwand wurden mithilfe des Proteins Cas9 erstmals Chromosomen neu zusammengesetzt. Grafik: Angelina Schindele, KIT

Wie ein feines chirurgisches Instrument arbeitet die molekulare Schere CRISPR/Cas, mit der sich genetische Informationen in Pflanzen verändern lassen. Forscherinnen und Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben ist es nun erstmals gelungen, mit der CRISPR/Cas-Technologie nicht nur einzelne Gene auszutauschen, sondern ganze Chromosomen neu zusammenzusetzen. Dies ermöglicht, gewünschte Eigenschaften in Kulturpflanzen zu kombinieren. Über ihre Arbeit an der Modellpflanze Ackerschmalwand berichtet das Team um Prof. Holger Puchta in der Zeitschrift Nature Plants (DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-020-0663-x).

Quelle: KIT

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Zucker macht Braunalgen zu guten Kohlenstoff-Speichern

Die Braunalge Fucus vesiculosus wächst an felsigen Küsten wie hier auf Helgoland. Der Zellwandzucker Fucoidan ist dabei besonders wichtig um gegen die Gezeiten und Wellen zu bestehen. Foto: M. Schultz-Johansen

Braunalgen speichern große Mengen an Kohlendioxid und entziehen das Treibhausgas so der Atmosphäre. Der mikrobielle Abbau abgestorbener Braunalgenreste und die damit verbundene Rückgabe dieses gespeicherten Kohlendioxids in die Atmosphäre dauert länger als bei anderen Meerespflanzen. Forschende des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie, des MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen und weiterer Institute haben sich den Abbau-Prozess genau angesehen und sind dabei auf hochspezialisierte Bakterien gestoßen, die über hundert Enzyme nutzen müssen, um die Algen kleinzukriegenwie sie im Fachmagazin Nature Microbiology (DOI: https://doi.org/10.1038/s41564-020-0720-2) berichten.

Quelle: MPI Bremen

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Wie bei Pflanzen Hilfe in Konkurrenz umschlägt

Je dichter Gewächse stehen, desto geringer sind die Chancen der einzelnen Pflanze auf gutes Gedeihen – so lautet eine allgemeine Erkenntnis in der Ökologie. Nun haben Dr. Ruichang Zhang und Professorin Katja Tielbörger vom Institut für Evolution und Ökologie der Universität Tübingen die Allgemeingültigkeit dieses Zusammenhangs in Frage gestellt. Sie haben ein neues theoretisches Modell entwickelt, in dem sich Pflanzen an einem Standort in Stresssituationen gegenseitig auch positiv beeinflussen können. Die Vorhersagen, die sich aus ihrem mathematischen Modell ergeben, fanden sie in Experimenten mit Pflanzen bis ins Detail bestätigt. Ihre Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Communications (https://www.nature.com/articles/s41467-020-16286-6) veröffentlicht.

Quelle: Uni Tübingen

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Trockene Moore sind Brandbeschleuniger in der borealen Vegetationszone

Torfmoose können ihren Wasserverlust nicht regulieren. Foto: Martin Wilmking, Uni Greifswald

Pflanzen aus Wäldern reagieren anders auf ansteigende Temperaturen als jene aus Torfmooren. Letztere haben kaum Schutzmechanismen gegen die Austrocknung; ausgetrocknet erhöht sich die Waldbrandgefahr. Waldbrände wiederum heizen die globale Erwärmung an. Das hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der kanadischen McMaster Universität (Hamilton) und Beteiligung der Universität Greifswald mit Messdaten aus borealen Wäldern und Mooren der ganzen Welt belegt. Sie wollten mehr über den Wasserkreislauf in Ökosystemen der borealen Vegetationszone erfahren. Die im Fachmagazin Nature Climate Change (https://www.nature.com/articles/s41558-020-0763-7) erschienene Studie gibt Aufschluss über den Einfluss des Klimawandels auf boreale Wälder und Moore.

Quelle: Uni Greifswald

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Wie Stickstoff-Düngung die Funktionsweise von Wiesen beeinflusst

Kleine Holzpfähle begrenzen insgesamt 336 kleine Pflanzenparzellen auf einer von rund 3000 Quadratmeter grossen Wiesenfläche. PaNDiv ist das grösste Experiment für Biodiversität und Ökosystemfunktionen in der Schweiz. Foto: N. Pichon

Auf einer 3000 Quadratmeter grossen Wiese in Münchenbuchsee starteten Forschende des Instituts für Pflanzenwissenschaften der Universität Bern vor vier Jahren das grösste Experiment für Biodiversität und Ökosystemfunktionen in der Schweiz. Die erste wissenschaftliche Publikation aus dem Projekt in der Fachzeitschrift Functional Ecology (DOI: https://doi.org/10.1111/1365-2435.13560) zeigt die Auswirkungen der Stickstoff-Düngung auf die Funktionsweise von Ökosystemen: Eine Stickstoff-Anreicherung beschleunigt die Zersetzungsraten des Pflanzenmaterials. "Die Wirkung trat allerdings indirekt ein: Der Stickstoff führt dazu, dass auf den Parzellen die schnell wachsenden Pflanzen die langsamer wachsenden mehr und mehr verdrängen", sagt Noémie Pichon, Hauptautorin des Artikels. Weil schnell wachsende Pflanzen auch schneller verrotten als langsam wachsenden Pflanzen, werde durch die Veränderung in der Artenzusammensetzung auch die Zersetzung beschleunigt . "Die Auswirkungen von Stickstoffdüngung auf die Kompostierung werden also unterschätzt, wenn man die Veränderung der Artenzusammensetzung nicht miteinbezieht", resümiert Pichon.

Quelle: Uni Bern

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Künftige Innovationen im Nahrungsmittelsystem

In einer neuen Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Food (DOI: 10.1038/s43016-020-0074-1) veröffentlicht wurde, hat ein internationales Forscherteam mit Beteiligung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) jetzt bewertet und kategorisiert, welche Innovationen das Potenzial haben, das Ernährungssystems nachhaltig zu verändern und was für ihren Erfolg entscheidend ist - von künstlichem Fleisch und Meeresfrüchten über bioangereicherte Nutzpflanzen, verbesserter Photosynthese bis hin zu verbesserten Klimaprognosen. Das berichtet das PIK beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: PIK beim idw

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Das Genom des Jojobastrauches - eines einzigartigen Wachsspeichers

Die Samen von Jojoba sind eine der weltweit einzigen bekannten nachhaltigen Quellen für Flüssigwachsester. „Jojoba ist die einzige uns bekannte Pflanze, die in der Lage ist, diese Wachse im Samen zu speichern," sagt Dr. Ljudmilla Borisjuk, Leiterin der Forschungsgruppe Assimilat Allokation und NMR am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben. Das flüssige Wachs wird üblicherweise als Jojobaöl bezeichnet. Jojobaöl hat mehrere Vorteile und findet in Pharmazie, Kosmetik und Haarpflegeprodukten eine breite Verwendung. Ein internationales Team von Wissenschaftlern (USA, Deutschland und China) hat nun seine Kräfte gebündelt, um Transkriptom, Proteom und Lipidom von Jojobasamen umfassend zu untersuchen. Am 11. März haben sie über die Sequenzierung des 887 Megabasen (Mb) großen Jojoba-Genom in der Zeitschrift Science Advances (DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aay3240) berichtet. Heute stellte das IPK die Studie der Öffentlichkeit vor.

Quelle: IKP (pdf)

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Wie aus einer Minze Katzenminze wurde

Katzenminze gibt den Duftstoff Nepetalacton ab, der bei geschlechtsreifen Katzen eine Art Rausch auslöst: Riechen die Katzen daran, werden sie regelrecht „high“, wälzen sich am Boden und zeigen auffallende Verhaltensweisen. Foto: Phil Robinson

Katzenminze ist für ihre berauschende Wirkung auf Katzen bekannt. Dafür verantwortlich ist der Duftstoff Nepetalacton, ein flüchtiges Iridoid. Ein internationales Forschungsteam fand jetzt mittels Genomanalysen heraus, dass die Fähigkeit, Iridoide zu bilden, bei den Vorfahren der Katzenminzen im Laufe der Evolution schon verloren gegangen war. Die Nepetalacton-Biosynthese in der Katzenminze ist also das Resultat einer „wiederholten Evolution“, allerdings mit dem Unterschied, dass sich dieses besondere Iridoid in der chemischen Struktur und den Eigenschaften sowie seiner ökologischen Funktion von anderen chemischen Verbindungen aus dieser Naturstoffgruppe grundlegend unterscheidet. Das schildern Forschende des Max-Planck-Instituts (MPI) für chemische Ökologie im Fachjournal Science Advances (DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aba0721).

Quelle: MPI für chemische Ökologie

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Die Gen-Armut fleischfresser Pflanzen

Die leischfressenden Pflanzen Venusfliegenfalle, Sonnentau und Wasserfalle (v.l.n.r.). Foto: Dirk Becker und Sönke Scherzer

Das Erbgut der fleischfressenden Pflanzen Venusfliegenfalle, Sonnentau und Wasserfalle ist entschlüsselt. Venusfliegenfalle, Sonnentau und Wasserfalle besitzen trotz ihrer unterschiedlichen Lebensweisen und Fangmechanismen eine übereinstimmende „Basis-Ausstattung“ von Genen, die für die fleischfressende Lebensweise, die Karnivorie, essenziell sind. „Die Funktion dieser Gene steht im Zusammenhang mit der Fähigkeit, Beutetiere zu spüren, zu verdauen und ihre Nährstoffe zu verwerten“, erklärt Pflanzenwissenschaftler Rainer Hedrich. „Den Ursprung der Karnivorie-Gene konnten wir auf ein Duplikationsereignis zurückverfolgen, das vor vielen Millionen Jahren im Erbgut des letzten gemeinsamen Vorfahren der drei karnivoren Spezies geschah“, sagt Jörg Schultz. Zu ihrer Überraschung stellten die Forscher der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg fest, dass die Pflanzen für die Karnivorie nicht besonders viele Gene brauchen. Stattdessen gehören die drei untersuchten Arten sogar zu den genärmsten Pflanzen, die man kennt. Drosera besitzt 18.111, Dionaea 21.135 und Aldrovanda 25.123 Gene. Die meisten Pflanzen haben dagegen zwischen 30.000 und 40.000 Gene. Ihre Ergebnisse publizierten die Forschenden in der Fachzeitschrift Current Biology (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.04.051).

Quelle: JMU

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Baumkronen schützen Waldlebewesen vor Klimaerwärmung

Hemisphärisches Foto eines Buchenwaldes. Je dichter das Kronendach, desto stärker ist dessen kühlender Effekt im Unterholz und auf dem Waldboden. Bild: Pieter de Frenne

Das kühlende Blätterdach der Bäume schützt Waldorganismen vor Temperaturextremen. Es hat einen wichtigen Einfluss auf ihre Anpassung an die Klimaerwärmung, weist eine internationale Studie unter Leitung der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL nach, die heute im Fachjournal Science (DOI: https://doi.org/10.1126/science.aba6880) erscheint. Beteiligt waren auch Forschende der Uni Jena.

Quelle: WSL

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Klimawandel fördert im Boden lebende Erreger von Pflanzenkrankheiten

Die Forscher entnehmen Bodenproben in Spanien. Trockengebiete gehören heute zu den Ökosystemen mit den höchsten Anteilen an bodengebundenen Pflanzenpathogenen. Foto: Beatriz Gozalo, iDiv

Die Klimaerwärmung wird weltweit zu einer Zunahme von bodengebundenen Krankheitserregern für Pflanzen führen. Darunter sind auch Krankheiten wichtiger Nahrungs- und Arzneipflanzen, was langfristig die Ernährungssicherheit und Lebensqualität der Weltbevölkerung gefährden könnte. Zu diesem Ergebnis kommt eine experimentelle Studie unter Beteiligung von Wissenschaftler*innen des Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Universität Leipzig (UL) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), die im Fachmagazin Nature Climate Change (https://doi.org/10.1038/s41558-020-0759-3) veröffentlicht wurde. Die Forschenden bieten dazu auch ein Erklär-Video in englischer Sprache an (https://www.youtube.com/watch?time_continue=9&v=97lbPMh1YbU&feature=emb_logo).

Quelle: iDiv

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T6P – Das „Insulin“ der Pflanzen

Schema der Saccharose-Synthese und des Saccharose-Transports im Blatt und Lokalisierung des T6P-synthetisierenden Proteins TPS1 im Spross- und Wurzelgefäßsystem sowie in der Sprossspitze. Grafik: MPI für Pflanzenphysiologie

Wie Pflanzen ihren Zuckerstoffwechsel mit Trehalose-6-phosphat (T6P), den Zuckertransport und die Reservestoffspeicherung regulieren, haben Franziska Fichtner, John Lunn und Kolleg*innen aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Mark Stitt vom Max-Planck-Institut (MPI) für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam-Golm untersucht. Bislang fehlte detailliertes Wissen, wie die T6P-Signalübertragung konkret funktioniert und wo sie stattfindet. Wie dies in Arabidopsis thaliana funktioniert, haben die Forschenden am 1. Mai im Fachjournal The Plant Cell (DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.19.00837) vorgestellt.

Quelle: MPI für Pflanzenphysiologie

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Große Artenvielfalt – viele Heilpflanzen

Der Regenwald im Nationalpark Mount Halimun Salak auf der indonesischen Insel Java ist ein Hotspot der Artenvielfalt. Foto: Alexandra Müllner-Riehl, Uni Leipzig

Wie die Suche nach pflanzlichen Wirkstoffen mit neuartigen Strukturen und Wirkprinzipien erheblich erleichtert werden kann, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Leipzig (UL), des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) aufgezeigt. Anhand von Datenanalysen zu Verwandtschaft, Verbreitung und Inhaltsstoffen konnten sie Pflanzen ermitteln, die reich an anti-infektiven Substanzen sind. Erfasst wurden rund 7500 Pflanzenarten, denen insgesamt 16500 der in den Substanzdatenbanken notierten Metaboliten zugeordnet werden konnten. Knapp 2900 dieser Metaboliten waren nach aktuellem Wissensstand als Substanzen mit anti-infektiver Wirkung gegen Viren, Bakterien, Pilze oder Parasiten gelistet. Diese 2900 potentiellen Wirkstoffe werden von insgesamt 1600 der vorhandenen 7500 Arten produziert. Der von ihnen entworfene Ansatz ermöglicht Vorhersagen darüber, in welchen Pflanzengruppen und geografischen Gebieten eine besonders hohe Dichte an Arten mit heilenden Wirkstoffen zu erwarten ist. In derart modellierten Hotspots könnte die Suche nach neuen Medizinalpflanzen künftig gezielter erfolgen. Ihre Methode stellen sie im Fachjournal PNAS vor (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1915277117).

Quelle: Uni Leipzig

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Wie Pflanzen vergessen

Ein internationales Team um Michael Borg aus dem Labor von Frederic Berger am Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (GMI) herausgefunden, wie Pflanzen vergessen. Das Forschungsergebnis ist im Fachmagazin Nature Cell Biology (https://www.nature.com/articles/s41556-020-0515-y) publiziert.

Quelle: GMI

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Weihrauch programmiert Entzündungsenzym um

Ein Weihrauchbaum, aufgenommen im Oman. Foto: Moritz Verhoff

Ein Forschungsteam der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU) und der Louisiana State University (USA) hat den molekularen Mechanismus der entzündungshemmenden Wirkung eines Naturstoffs aus Weihrauchharz aufgeklärt. Eine Schlüsselrolle spielt dabei das Enzym 5-Lipoxygenase: Das normalerweise entzündungsfördernde Enzym wird durch den Naturstoff zu einem entzündungshemmenden Protein umprogrammiert, zeigen sie im Fachjournal Nature Chemical Biology (DOI: https://doi.org/10.1038/s41589-020-0544-7).

Quelle: FSU

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Globaler Handel mit Soja geht auf Kosten des Klimas

Die EU importierte zwischen 2010 und 2015 insgesamt 67,6 Millionen Tonnen Treibhausgasemissionen, die in den brasilianischen Sojaimporten enthalten sind, China 118,1 Millionen Tonnen. Grafik und (c): Neus Escobar et. al., Global Environmental Change; DOI: 10.1016/j.gloenvcha.2020.102067

In welchem Ausmaß Anbau und Handel brasilianischen Sojas das Weltklima belasten, hängt ganz erheblich vom jeweiligen Anbaugebiet ab. Das zeigt eine aktuelle Studie, die die Universität Bonn zusammen mit Partnern aus Spanien, Belgien und Schweden durchgeführt hat. In manchen Regionen fallen demnach beim Export von Soja und Sojaprodukten mehr als 200 Mal so hohe CO2-Emissionen an wie in anderen. Die EU importierte zwischen 2010 und 2015 Soja vor allem von Standorten, in denen für den Anbau große Savannen- und Waldflächen in Ackerland umgewandelt wurde. Die Analyse ist nun in der Zeitschrift Global Environmental Change (DOI: https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2020.102067) erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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Pflanzen-Cocktail hilft gegen den Alkohol-Kater

Eine Mischung aus Pflanzenextrakten hilft effektiv gegen Symptome, die durch übermäßigen Alkoholgenuss verursacht werden und sich meist am nächsten Tag als Kater zeigen. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie, die Prof. Dr. Bernhard Lieb und Patrick Schmitt von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) durchgeführt haben. Demnach wirkt ein Pflanzen-Cocktail aus Früchten, Blättern und Wurzeln von aus Acerola, Kaktusfeige, Ginkgo, Silberweide und Ingwer versehen mit Mineralstoffen und Vitaminen, gut gegen die häufigsten Kater-Beschwerden wie Kopfschmerzen und Übelkeit. Mineralstoffe und Vitamine alleine hatten keinen günstigen Effekt. „Unsere Ergebnisse machen deutlich, dass eine Intervention gegen Kater-Beschwerden auch eine klinische Signifikanz hat“, sagt Patrick Schmitt. An der Untersuchung nahmen 214 Probanden im Alter zwischen 18 und 65 Jahren teil. Die studie erschien im Fachmagazin BMJ Nutrition, Prevention & Health (DOI: http://dx.doi.org/10.1136/bmjnph-2019-000042).

Quelle: JGU

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Baumwachstum in den Trockenjahren 2018 und 2019

Dendrometer an den Bäumen, hier an einer Hainbuche. Sie messen im Mikrometerbereich jede Umfangsänderung des Stammes und erlauben hochaufgelöste Analysen von Klima-Wachstumsbeziehungen. Foto: Tobias Scharnweber

Welchen Einfluss hatten die beiden Trockenjahre 2018 und 2019 auf das Wachstum der regionalen Wälder? Dieser Frage gingen Forschende der Arbeitsgruppe Landschaftsökologie und Ökosystemdynamik am Institut für Botanik und Landschaftsökologie der Universität Greifswald nach und vermaßen dazu das Dickenwachstum verschiedener typischer Laubbaumarten des Norddeutschen Tieflandes wie Buche, Eiche, Ahorn und Hainbuche. Die Sommer 2018 und 2019 waren extrem warm und trocken, und doch unterscheidet sich das Baumwachstum in beiden Jahren signifikant. 2018 konnten alle Baumarten von den sehr feuchten Winterbedingungen profitieren und zeigten in Norddeutschland trotz Rekordtemperaturen und Trockenheit im Sommer ein überdurchschnittliches Wachstum. Ganz anders 2019. Hier waren schon im Frühjahr die Bodenwasserspeicher leer, Buche und Hainbuche reagierten mit Wachstumseinbrüchen von bis zu 70 Prozent. Bergahorn und Eiche waren zwar nicht so stark betroffen, doch auch hier lag das Wachstum deutlich unter dem Durchschnittswert der vorhergehenden Jahre. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Environmental Research Letters (DOI: https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab865d).

Quelle: Uni Greifswald

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Wie Pflanzen Licht wahrnehmen

Phytochrom-Moleküle vermitteln Pflanzen eine Art von Sehvermögen, mit dem sie die Biochemie von Zellen und ihre Entwicklung steuern. Unklar war bislang jedoch, wie Phytochrome genau funktionieren: Wie wird das Licht aufgenommen? Was passiert danach im Molekül, wie wird das Lichtsignal weitergegeben? Die Arbeitsgruppe von Prof. Jon Hughes am Institut für Pflanzenphysiologie der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) hat nun gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in Berlin in der Fachzeitschrift Nature Plants (https://www.nature.com/articles/s41477-020-0638-y) die dreidimensionalen Strukturen von verschiedenen pflanzlichen Phytochrom-Molekülen geschildert. Darin sichtbar ist das Bilin-Pigment, womit das Photon – also Licht – aufgenommen wird, auch die chemischen Verbindungen zwischen dem Bilin und dem Protein sind erkennbar. Ein Teil des Bilin-Pigments dreht, wenn es durch Lichtenergie angeregt wird. Dies ändert die Wechselwirkung mit dem Protein, sodass ein Teil seiner Struktur auseinandergerissen und neu gebildet wird. Diese Änderungen wiederum schalten die Signalweiterleitung ein.

Quelle: JLU

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Photosynthetischer Wasserstoff aus Bakterien

Gemeinsam mit Dr. Jens Appel, Vanessa Hüren und Dr. Marko Böhm (von links nach rechts) erforscht Dr. Kirstin Gutekunst, wie sich Cyanobakterien zur Produktion solaren Wasserstoffs einsetzen lassen. Foto und (c): Sarah Hildebrandt

Die Nachwuchsgruppe "Bioenergetik in Photoautotrophen" untersucht, wie sich Cyanobakterien in Wasserstoff-Fabriken verwandeln lassen. Dazu hat Dr. Kirstin Gutekunst mit ihrem Team am Botanischen Institut von Professor Rüdiger Schulz an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) einen Ansatz entwickelt, um bei der Photosynthese in Cyanobakterien entstehende Elektronen umzuleiten und den Stoffwechsel der lebendigen Organismen primär zur Herstellung von Wasserstoff anzuregen. Im Fachjopurnal Nature Energy (https://www.nature.com/articles/s41560-020-0609-6) beschreiben die Forschenden, wie sich dieser Mechanismus möglicherweise in Zukunft für biotechnologische Anwendungen nutzen lässt: Sie konnten eine Hydrogenase der lebendigen Cyanobakterien so an die Photosynthese koppeln, dass das Bakterium über lange Zeiträume solaren Wasserstoff produziert und nicht wieder verbraucht.

Quelle: CAU

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Gentechnik und Genomchirurgie können Landwirtschaft umweltfreundlicher machen

Methoden der Genomchirurgie können helfen, die kleinbäuerliche Landwirtschaft in Afrika produktiver, umweltfreundlicher und klimaangepasster zu machen. Foto: S. Koppmair

Wie eine aktuelle Studie zeigt, können die neue Züchtungstechnologien – wie Gentechnik und Genomchirurgie – dabei helfen, die Landwirtschaft produktiver und gleichzeitig umweltfreundlicher zu machen. Die Ergebnisse hat das Team um Prof. Dr. Matin Qaim von der Universität Göttingen gestern in der Fachzeitschrift Applied Economic Perspectives and Policy (DOI: https://doi.org/10.1002/aepp.13044) veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

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Was die Saugkraft der Pflanzen limitiert

Querschnitt eines anwachsenden Hohlraums im Zentrum einer Lipid-Doppelschicht in einem pflanzlichen Versorgungskanal. Grafik und (c): Matej Kanduc, Jožef-Stefan Institute, Ljubljana

Mittels Unterdruck saugen Pflanzen Wasser aus der Erde. Weshalb der Wert des Drucks dabei etwa -100 bar nicht unterschreitet, war bislang ein ungelöstes Rätsel. Eine interdisziplinäre und internationale Forschergruppe berichtet nun in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS, https://doi.org/10.1073/pnas.1917195117), dass offenbar so genannte Lipidaggregate in den Pflanzensäften für das Phänomen verantwortlich sind. Simulationen und Modellrechnungen zeigen, wie sich auf Grund der Lipide wachsende Hohlräume bilden, die die Flüssigkeitssäule bei zu großen Unterdrücken abreißen lassen, meldet das Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung.

Quelle: MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung

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Dramatischer Schwund an Futterpflanzen für Insekten

Ein Hornkleewidderchen sitzt auf einer Wiesenflockenblume. Foto und (c): Beat Wermelinger

Noch vor einigen Wochen war das “Insektensterben” in aller Munde. Die Wissenschaft diskutierte im Wesentlichen drei Ursachen:

  • die Zerstörung der Habitate,
  • Pestizide in der Landwirtschaft und
  • den Rückgang der Futterpflanzen für Insekten.

Ein Forschungsteam der Universitäten Bonn und Zürich sowie der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL haben nun erstmals nachgewiesen, dass im Kanton Zürich die Diversität der Futterpflanzen für Insekten in den vergangenen rund 100 Jahren dramatisch abgenommen hat. Die für ganz Mitteleuropa repräsentative Studie haben sie im Journal Ecological Applications (DOI: https://doi.org/10.1002/EAP.2138) veröffentlicht. „In den vergangenen rund 100 Jahren ist im Kanton Zürich ein genereller Rückgang an Futterpflanzen für unterschiedliche Insekten zu verzeichnen“, sagt Erstautor Dr. Stefan Abrahamczyk vom Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen der Uni Bonn.

Quelle: Uni Bonn

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Europäische Steppengebiete entscheidend für biologische Vielfalt

Der Esparsetten-Tragant war eine der drei untersuchten Pflanzenarten der Studie. Foto: Andreas Hilpold

Kleinflächige, isolierte europäische Steppen sind überproportional bedeutend für den Erhalt der biologischen Vielfalt Eurasiens. Zu diesem Schluss kam ein internationales Forschungsprojekt unter der Leitung der Universität Innsbruck. Die Wissenschaftler*innen publizierten ihre Ergebnisse im Fachmagazin Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-15620-2). Sie lieferten damit Ergebnisse von einer groß angelegten, multidisziplinären Biodiversitätsstudie, die für eine effiziente Naturschutzplanung von zentraler Bedeutung sind.

Quelle: Uni Innsbruck

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Genomanalyse: Methode spürt Varianten auch in unvollständigen Genomen auf

Oft sind es nur winzige Varianten im Erbgut, die dafür ausschlaggebend sind, welche Merkmale ein Organismus ausprägt. Foto: MPI für Entwicklungsbiologie

Blütenfarben, Duftstoffe oder Substanzen, die sich therapeutisch nutzen lassen – oft sind es nur winzige Varianten im Erbgut, die dafür ausschlaggebend sind, welche Merkmale ein Organismus ausprägt. Die Fahndung nach solchen Varianten gestaltet sich oft wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Forschende des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen veröffentlichen am 13. April in Nature Genetics (DOI: https://doi.org/10.1038/s41588-020-0612-7) eine Methode, mit der sich solche Genvarianten selbst bei Arten aufspüren lassen, deren Erbgut noch nicht vollständig entziffert ist. Diese ist nicht nur schneller als der traditionelle Weg – sie eröffnet auch die Möglichkeit, bei bislang nur wenig untersuchten Pflanzen, Gene ausfindig zu machen, die eine grundlegende Rolle für die Biosynthese medizinisch wertvoller Inhaltsstoffe spielen. Das melden die Tübinger beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: MPI für Entwicklungsbiologie beim idw

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Bakterien senken Methan-Ausstoß im Reisanbau

Der weltweite Reisanbau ist schlecht fürs Klima, denn die Felder sondern viel Methan ab. Ein Team der Universitäten Aarhus (Dänemark) und Duisburg-Essen (UDE) hat möglicherweise eine Lösung gefunden: Werden dem Boden so genannte Kabelbakterien hinzugefügt, können die Methanemissionen um mehr als 90 Prozent gesenkt werden. Darüber berichtet aktuell Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-15812-w).

Quelle: UDE

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Pflanzenfresser profitiert von Pilzen auf Pappeln

Aber bitte mit Sporen! Die Raupe eines Schwammspinners macht sich über die Sporen des Rostpilzes Melampsora larici-populina her, der sich auf einem Pappelblatt ausgebreitet hat. Foto: Franziska Eberl, MPI für chemische Ökologie

Blätter der Schwarzpappel sind besonders anfällig für den Angriff durch Schwammspinner (Lymantria dispar), wenn sie von einem Pilz infiziert sind. Ein Forschungsteam am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena fand nun heraus, dass besonders die jungen Raupen des Schädlings ihren Speiseplan durch die pilzliche Nahrung aufwerten: Raupen, die Blätter fraßen, die mit Pilzsporen übersät waren, entwickelten sich schneller und verpuppten sich einige Tage früher als Raupen, die nur Blattgewebe verspeist hatten. „Egal ob Rostpilz oder Mehltau, vor allem junge Raupen haben sich über die Pilze hergemacht und Blätter mit Pilzbefall lieber gefressen“, sagt Franziska Eberl, die Erstautorin der Studie. Die Ergebnisse werfen ein völlig neues Licht auf die Ko-evolution von Pflanzen und Insekten, in der Pilze und andere Mikroorganismen eine viel größere Rolle spielen, als bislang angenommen, wie die Forschenden im Fachmagazin Ecology Letters (DOI: https://doi.org/10.1111/ele.13506) berichten.

Quelle: MPI für chemische Ökologie

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Pilzinfektionen: Systemische Unterdrückung des Weizen-Immunsystems

Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme von Pilzhyphen, die eine Spaltöffnung des Weizen-Blatts in der frühen Phase einer Infektion durchwachsen. Foto und (c): Dr. Janine Haueisen

Wie Forschende der Uni Kiel herausfanden, schädligt der Pilz Zymoseptoria tritici Weizen, indem er das Immunsystem der Wirtspflanze herunterreguliert, um neue Infektionen zu ermöglichen. Demnach beeinflusst der Pilz den pflanzlichen Stoffwechsel und verändert die Zusammensetzung des Weizenmikrobioms. Außerdem bewirkt eine räumlich begrenzte Infektion mit Z. tritici eine systemische Unterdrückung des pflanzlichen Immunsystems, die dem Schädling die weitere Ansiedlung erleichtert. Ihre Arbeit veröffentlichten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-15633-x).

Quelle: Uni Kiel

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Duftstoff der Minze hemmt Wachstum von Unkräutern

Mit ihren ätherischen Ölen hält die Minze Unkraut fern – das darin enthaltene Menthon könnte Grundlage für umweltfreundliche Bioherbizide sein. Foto: Jana Müller

Im Wettbewerb um Bodenfläche, Nährstoffe und Wasser sind manche Pflanzen sehr erfolgreich: Sie behindern das Wachstum ihrer Konkurrenten durch chemische Signale, die bei der Nachbarpflanze den Zelltod auslösen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Botanischen Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) untersuchen, wie dieser Effekt zustande kommt, um ihn für die Entwicklung umweltfreundlicher Bioherbizide zu nutzen. Wie Mohammed Sarheed aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Peter Nick in seiner Doktorarbeit Allelopathic compounds from Mint target the cytoskeleton from cell biology towards application as bioherbicides (DOI: https://doi.org/10.5445/IR/1000099195) darlegt, ist Menthon besonders gegen das auf Bergweiden vorkommende Unkraut Ampfer wirksam. Darin beschreibt er auch, dass das Duftöl der Pferdeminze auf das Protein Actin zielt, dort zur zellulären Selbsttötung führt und auf diese Weise hochwirksam gegen die Ackerwinde ist. Hier verstehen die Forscherinnen und Forscher den Mechanismus, obwohl sie den dafür ursächlichen Stoff noch nicht identifiziert haben. Sarheeds Untersuchungen am KIT ergaben zudem, dass Menthon das Wachstum von HeLa-Zellen – menschlichen Krebszellen – hemmt.

Quelle: KIT

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Pflanzenvielfalt in Europas Wäldern nimmt ab

Der Waldsauerklee (Oxalis acetosella) wächst auf sauren Waldböden an schattigen Standorten und kommt in den nördlichen und gemäßigten Breiten Europas und Asiens vor. Foto: Jonathan Lenoir, Jules Verne University of Picardie, via iDiv

In Europas gemäßigten Wäldern werden wenig verbreitete Pflanzenarten von jenen Arten verdrängt, die stärker verbreitet sind. Ein internationales Forscherteam unter Leitung des Deutschen Zentrums für Integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) hat nun herausgefunden, dass diese Entwicklung mit einer erhöhten Stickstoffverfügbarkeit zusammenhängt. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie im Fachmagazin Nature Ecology & Evolution (DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-020-1176-8). Das internationale Forschungsteam hat dazu insgesamt 68 verschiedene Standorte in gemäßigten Wäldern Europas – darunter auch Waldstandorte in Thüringen, Brandenburg und Bayern – untersucht und analysiert, wie sich die Artenvielfalt krautiger Pflanzen im Laufe der vergangenen Jahrzehnte verändert hat. Dafür mussten die Forschenden Bestandszahlen zu 1162 verschiedenen Pflanzenarten auswerten. Der Datensatz wurde von einem internationalen Netzwerk von Waldökologen, genannt forestREplot (siehe: http://www.forestreplot.ugent.be), zusammengetragen.

Quelle: iDiv

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Ein Blick in die Zukunft der Tropenwälder

Stamm und Sprößling eines langlebigen Pionieres (Cavanillesia platanifolia). Die riesigen Bäume machen einen Großteil der Biomasse in diesem tropischen Wald aus. Foto: Christian Ziegler

Tropische Wälder sind ein Hotspot der Artenvielfalt. Auch vor dem Hintergrund des Klimawandels spielt ihr Schutz eine besondere Rolle. Dabei ist es wichtig vorherzusagen, wie sich so artenreiche Waldbestände über Jahrzehnte oder gar Jahrhunderte verändern. Um Erholung und Renaturierung tropischer Wälder zu steuern, muss man vorhersagen können, wie sich Wälder entwickeln. Dafür müssen verschiedene Parameter bekannt sein: Wie schnell wachsen die Bäume – und wie schnell sterben sie? Wie viele Nachkommen produzieren sie, die ihrerseits wiederum den Bestand der Art sichern? Dazu haben Forschenden des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Universität Leipzig (UL) und weiterer internationaler Forschungseinrichtungen diese Parameter in einem der am besten erforschten tropischen Regenwälder der Welt in Panama über die letzten knapp 40 Jahre für 282 Baumarten erfasst. Nach jahrelanger Forschung, konnten sie nun einen komplett datengetriebenen Modellierungsansatz entwickeln, mit dem man die Entwicklung artenreicher Wälder vorhersagen kann. Ihre Ergebnisse erschienen im Fachmagazin Science (https://science.sciencemag.org/content/368/6487/165). Das meldet das iDiv beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: iDiv beim idw

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Wald im Trockenstress: Schlechterer Kronenzustand, mehr tote Bäume

Mit dem Fernglas studieren die Inventurteams die Baumkronen auf Transparenz, Ausbildung der Äste und Größe der Blätter. Für ihre Bewertung ziehen sie das Buch „Waldbäume" mit Musterabbildungen heran. Foto und (c): Nadine Eickenscheidt, Thünen-Institut

Wie geht es dem deutschen Wald? Seit den 1980er-Jahren wird diese Frage regelmäßig im Waldzustandsbericht der Bundesregierung thematisiert, den das Johann Heinrich von Thünen-Institut für Waldökosyteme in Eberswalde nun veröffentlicht hat. Die letzten beiden Jahre 2018 und 2019 haben gezeigt, dass der Klimawandel endgültig und für alle sichtbar im deutschen Wald angekommen ist. Die anhaltende Dürre in den Vegetationszeiten hat verbreitet zum vorzeitigen Abfallen der Blätter geführt. Bei der Fichte begünstigte sie die weitere Massenvermehrung von Borkenkäfern. Der Kronenzustand hat sich 2019 gegenüber dem Vorjahr bei allen Baumarten weiter verschlechtert. Verstärkt wurde ein Absterben von Bäumen beobachtet. Dass diese Entwicklung nicht plötzlich kam, sondern sich schon seit Jahren abzeichnete, konnten die Auswertungen der Bodenzustandserhebung im Wald zeigen.

Quelle: Thünen

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Mutation senkt Energieverschwendung bei Pflanzen

Pflanzen sind gewissermaßen Energieverschwender: Um sich vor zu viel Elektronentransport zu schützen, nutzen sie einen Teil der Lichtenergie nicht für die Fotosynthese und den Aufbau von Biomasse. Durch eine Mutation lassen sie sich dazu bringen, effizienter zu arbeiten. Das hat ein Team der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) herausgefunden. Dazu identifizierte die Arbeitsgruppe mehrere tausend Proteine, bestimmte ihre jeweilige Menge in Mutanten- und in Referenzlinien und kombinierte die erhaltenen Befunde mit Messungen der Fotosyntheseleistung. Für ihre Arbeiten, die das Team um Dr. Julia Grimmer von der MLU und Prof. Dr. Sacha Baginsky, Leiter des Lehrstuhls Biochemie der Pflanzen an der RUB, gemeinsam durchführte, nutzen die Forscher*innen Arabidopsis thaliana. Über ihre Ergebnisse berichtet die Zeitschrift Nature Communications am 3. April 2020 (https://www.nature.com/articles/s41467-020-15539-8).

Quelle: RUB

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Landwirtschaft begann im Amazonas vor 10.000 Jahren

Die frühen Siedlerinnen und Siedler legten schätzungsweise 4.700 künstliche Waldinseln an, was den ökologischen Charakter der Landschaft veränderte. Foto: Umberto Lombardo

Wie eine neue Studie zeigt, begannen die Menschen vor mehr als 10.000 Jahren im Südwesten des Amazonas mit dem Anbau von Maniok und Kürbissen und damit 8.000 Jahre früher als bisher angenommen. Das Gebiet ist somit eines der frühen holozänen Zentren der Pflanzendomestikation auf der Welt. Die Menschen veränderten dabei auch die Landschaft, indem sie Tausende von Erdhügeln anlegten, die sogenannten Waldinseln. Das berichten Forschende der Uni Bern im Fachmagazin Nature (DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2162-7).

Quelle: Uni Bern

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Wiedervernässung der Moore darf nicht aufgeschoben werden

Die positiven Klimaeffekte von Moorwiedervernässung werden durch das langfristige Einsparen von Kohlendioxid bestimmt, nicht durch die Freisetzung von Methan. Das zeigt ein Forschungsteam der Universitäten Rostock und Greifswald mit dem Artikel Prompt rewetting of drained peatlands reduces climate warming despite methane emissions in der Fachzeitschrift Nature Communications (https://www.nature.com/articles/s41467-020-15499-z). Weltweit sei deshalb schnelles Handeln zur Wiedervernässung von Mooren nötig. Je länger damit gewartet werde, desto größer sei der Klimaschaden. Denn ein Aufschub von Moorwiedervernässungen würde über Jahrhunderte zu weiterer Erderwärmung führen.

Quelle: Uni Rostock

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Wechsel des Algenpartners von Flechten lassen sich vorhersagen

Die in der Studie untersuchte Nabel-Pustelflechte Umbilicaria pustulata findet man in ganz Europa. Foto und (c): Francesco Dal Grande

Ein Erfolgsgeheimnis der Symbiose zwischen Pilz und Alge bzw. Cyanobakterium in Flechten ist es, einen seiner beiden Partner austauschen zu können. Im Fachblatt Proceedings of the Royal Society B (DOI: https://doi.org/10.1098/rspb.2019.2311) präsentiert ein Forschungsteam von Senckenberg aktuell eine Studie zur Flechtengattung Umbilicaria, der zufolge sich vorhersagen lässt, wann dieser Austausch des Symbiosepartners stattfindet. Demnach spielt die Temperatur hier eine entscheidende Rolle, wenn Umbilicaria den Algenpartner wechselt. Die Forscher*innen wollen anhand der Ergebnisse besser vorhersagen, wie Symbiosen, zu denen Flechten zählen, mit dem Klimawandel umgehen.

Quelle: Senckenberg

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Spuren eines Regenwaldes in der Westantarktis

Dieses Acrylbild zeigt die ehemaligen Umweltbedingungen, die für den Bereich der Bohrung aus dem Sedimentkern rekonstruiert werden konnten. Grafik: Alfred-Wegener-Institut, James McKay under Creative Commons licence C-BY 4.0

Ein internationales Forschungsrteam unter Leitung von Geowissenschaftler*innen des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) hat ein neues und bislang einzigartiges Fenster in die Klimageschichte der Antarktis aufgestoßen. In einem Sedimentbohrkern, den die Forschenden im Februar 2017 im westantarktischen Amundsenmeer geborgen haben, fanden sie nahezu ursprünglich erhaltenen Waldboden aus der Kreidezeit, einschließlich vieler Pflanzenpollen und -sporen sowie eines dichten Wurzelnetzwerkes. Die Vegetationsüberreste belegen, dass vor etwa 90 Millionen Jahren ein gemäßigter, sumpfiger Regenwald im Küstenbereich der Westantarktis wuchs und die Jahresdurchschnittstemperatur etwa zwölf Grad Celsius betrug – ein für das Südpolargebiet außergewöhnlich warmes Klima, welches nach Auffassung der Wissenschaftler*innen nur möglich wurde, weil der antarktische Eisschild fehlte und die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre deutlich höher war als Klimamodellierungen bislang vermuten ließen. Die Studie, welche die südlichsten direkt verwertbaren Klima- und Umweltdaten aus der Kreidezeit liefert und Klimamodellierer auf der ganzen Welt vor neue Herausforderungen stellt, erschien im Fachmagazin Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-020-2148-5).

Quelle: AWI

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Artenverlust in Regenwäldern hat drastische Folgen für Samenverbreitung

Der Blutbürzelarassari (Aulacorhynchus haematopygus) aus der Familie der Tukane zählt im Regenwald zu den großen fruchtfressenden Vögeln. Foto und (c): Maximilian Vollstädt

Schon das Verschwinden eines geringen Anteils großer Tierarten könnte ausreichen, um die Leistungen von Tieren im tropischen Regenwald deutlich herabzusetzen. Zu diesem Schluss kommen Senckenberg-Wissenschaftler*innen im Fachmagain Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-15438-y) anhand einer Studie fruchtfressender Vögel. Das Team hatte simuliert, wie sich ökologische Netzwerke zwischen Vögeln und Pflanzen zukünftig entwickeln könnten und welche Auswirkungen dies für das Ökosystem hätte. Die Wissenschaftler*innen des Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrums zeigen, dass der Trend zu kleineren Arten schwerwiegende Folgen für das gesamte Ökosystem haben könnte und warnen, dass die Folgen des Aussterbens großer Tierarten unterschätzt werden.

Quelle: Senckenberg

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Ökosystemleistungen kennen keine Grenzen

85 Prozent des Kakaos, den Deutschland importiert, stammen aus nur fünf Ländern überwiegend Westafrikas. Dessen Produktion verursacht dort z.T. erhebliche Auswirkungen auf die biologische Vielfalt. Foto: Janina Kleemann

Was haben Kakao, Zugvögel, Hochwasserschutz und Pandas gemeinsam? Viele Länder profitieren von Ökosystemleistungen, die zuvor in anderen Ländern erbracht wurden. Wo und wie Ökosystemleistungs-Ströme verlaufen, ist jedoch kaum bekannt. Wissenschaftler*innen des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) konnten nun in einer im Fachjournal Global Environmental Change veröffentlichten Studie (DOI: https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2020.102051) zeigen, wie interregionale Ökosystemleistungs-Ströme aufgedeckt und quantifiziert werden können.

Quelle: UFZ

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Trockenstress: SOS-Signal der Pflanzen entschlüsselt

Lange Trockenphasen und Dürren werden im Zuge des Klimawandels weiter zunehmen und können zu erheblichen Ernteeinbußen führen. Viele Kulturpflanzen, darunter Obstbäume, Baumwolle oder Sojabohne, reagieren bei Anzeichen von Trockenstress mit einem vorzeitigen Abwurf von Blüten und unreifen Früchten, um keine Energie für die Ausbildung von Früchten zu vergeuden, die später nicht mehr ernährt werden können. Welcher molekulare Steuerungsmechanismus dafür verantwortlich ist, hat das Team um Prof. Dr. Andreas Schaller von der Universität Hohenheim in Stuttgart nun am Beispiel der Tomatenpflanzen aufklärt. Verantwortlich ist das Peptidhormon Phytosulfokin (PSK), das bislang nur für seine wachstumsfördernden und immunmodulierenden Aktivitäten bekannt war. Ihre Ergebnisse präsentieren die beteiligten Wissenschaftler*innen in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazin Science (DOI: https://www.doi.org/10.1126/science.aaz5641).

Quelle: Uni Hohenheim

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Trockensommer 2018: Bäume warfen Bucheckern vorzeitig ab

Im Herbst springen die Kapseln auf und die Bucheckern fallen heraus. Foto: Ulrich Wasem, WSL

Nicht nur ihre verdorrten Blätter liessen Buchen im heissen und trockenen Sommer 2018 frühzeitig fallen, sondern auch ihre Früchte, die Bucheckern. Diese bei Buchen bisher noch nie dokumentierte Reaktion auf Trockenheit und Hitze beschreiben Forschende der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) im Fachjournal Scientific Reports (DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-62073-0).

Quelle: WSL

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Komplexe Zellulose-Objekte drucken

Diese Wabe aus dem neuartigen Zelluloseverbundmaterial ist filigran und zäh zugleich. Foto: Michael Hausmann, ETH Zürich und Empa

Forschende haben einen Weg gefunden, Zellulose mittels 3D-Drucker zu verarbeiten, um fast beliebig komplexe Gegenstände mit sehr hohem Zelluloseanteil zu schaffen. Wie sie berichten, haben sie mit einem Zellulose-Verbundmaterial verschiedene Objekte gedruckt, deren Zellulosegehalt höher liegt als derjenige von anderen 3D-gedruckten zellulosebasierten Gegenständen (Advanced Functional Materials, DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.201904127). Ein Trick half den Forschenden der ETH Zürich und der Empa dabei.

Quelle: ETH Zürich

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Auch Pflanzen der Tundra folgen einem globalen Spielplan

Gemeinschaften winziger Tundrapflanzen, hier die Maiglöckchenheide, gehorchen den gleichen Überlebens- und Fortpflanzungsregeln wie Pflanzengemeinschaften in weniger extremen Gege. Foto: Dr. Alba Anadon-Rosell

Pflanzen der arktischen und alpinen Tundra haben sich an Extrembedingungen angepasst. Folgen sie dennoch den gleichen Spielregeln wie Pflanzen aus milderen Klimazonen? Welche Rückschlüsse lassen sich auf ihre Überlebenschancen angesichts der Erderwärmung ziehen? Dies untersuchte ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung der Universität Greifswald anhand der bislang größten Datensammlung von Pflanzenmerkmalen der Flora der Tundra. Das Team analysierte sechs Merkmale und erkannte einen weltweit gültigen Zusammenhang zwischen der äußeren Erscheinungsform von Pflanzen und deren Ökosystemfunktionen. Die Ergebnisse des internatioalen Temas mit Beteiligung des Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Uni Greifswald sind in Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-15014-4) erschienen.

Quelle: Uni Greifswald

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Regulation von Chlorophyll-Auf- und Abbau

Wie lange Chlorophyll synthetisiert wird und wann es zu dessen Abbau kommen soll, haben Forschende aus Berlin im Fachmagazin Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-14992-9) dargelegt. Sie entdeckten die ähnlichen Regulationsfaktoren BCM 1 and 2 (BALANCE of CHLO-ROPHYLL METABOLISM) in Arabidopsis thaliana. Die beiden Faktoren kontrollieren gleichzeitig zwei antagonistische Chlorophyll-Stoffwechselwege, indem sie mit entscheidenden Proteinen der Synthese und des Abbaus des Chlorophylls interagieren. BCM interagiert mit dem Regulator GENOMES UNCOUPLED 4 (GUN4), der die Magnesium Chelatase stimuliert, dem ersten Enzym der Chlorophyll-Synthese, während gleichzeitig die Interaktion des BCM mit dem STAY-GREEN 1 Protein, dem ersten und dominanten Enzym des Chlorophyll-Abbaus, dafür sorgt, dass dieses Enzym destabilisiert und abgebaut wird. Damit wird gleichzeitig die Chlorophyll-Synthese stimuliert und der Chlorophyll-Abbau unterdrückt. BCM1 wird ausgeprägt im jungen Entwicklungsstadium der Pflanzen produziert, während BCM2 kurzzeitig zu Beginn des Alterungsprozesses der Pflanzen (der Seneszenz) hergestellt wird. Damit besitzen Pflanzen eine fein ausbalancierte posttranslationale Kontrolle des Chlorophyll-Gehalts und eine eindrucksvolle Möglichkeit, den Chlorophyll-Gehalt im Verlauf der Blattentwicklung, von der Entstehung bis zur Alterung, zu kontrollieren. Das berichtet die Humboldt-Universität Berlin über die Forschungsergebnisse von Dr. Peng Wang und Prof. Dr. Bernhard Grimm von der Arbeitsgruppe Pflanzenphysiologie am Institut für Biologie.

Quelle: HU Berlin

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Wie Pflanzen Berge formen

Dichter Pflanzenbewuchs im gemäßigten Araukarienwald von Süd-Zentral-Chile. Foto: Todd Ehlers

Pflanzenbewuchs kann Hänge stabilisieren, Regenfälle verstärken hingegen häufig die Bodenerosion. Bisher war das Zusammenspiel dieser Einflüsse auf die Gebirgsbildung nur für einige kleinere Regionen der Erde bekannt. Professor Todd Ehlers, Dr. Jessica Starke und Dr. Mirjam Schaller aus dem Fachbereich Geowissenschaften der Universität Tübingen haben die Wechselwirkung von Pflanzen und Klima auf die Gebirgsbildung nun in einer großangelegten Studie untersucht. Bei ihrer Forschungsarbeit entlang des 3.500 Kilometer langen Westrands der Anden in Peru und Chile stellten sie fest, dass der Einfluss von Pflanzen auf Landschaft und Erosion je nach Region gegensätzlich ausfallen kann. Entscheidende Faktoren sind Klimazonen und Pflanzenbewuchs. Während zum Beispiel in der trockenen Atacama-Wüste die spärliche Vegetation den Boden festhält, ist im Gegensatz dazu in gemäßigten feuchteren Regionen mit einer dichteren Pflanzendecke eine höhere Erosionsrate zu beobachten. Die Ergebnisse werden in der Fachzeitschrift Science (DOI: https://dx.doi.org/10.1126/science.aaz0840) veröffentlicht.

Quelle: Uni Tübingen

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Umweltpolitik hat oft unerwünschte Nebenwirkungen

Die Grafik zeigt den Flächenverbrauch der EU außerhalb ihrer Grenzen für den Anbau von Pflanzen, die nicht zum Verzehr bestimmt sind (a: Mais/Zuckerrohr; b: Ölpflanzen; c: Faserpflanzen). Grafiken (c): Martin Bruckner et al. 2019 Environ. Res. Lett. 14 045011 DOI: https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab07f5

„Gut gemeint“ ist nicht gleich „gut gemacht“: Diese Weisheit trifft auch auf Weichenstellungen in der Umweltpolitik zu. Denn allzu oft entfalten diese Nebenwirkungen, die ihrem eigentlichen Zweck sogar völlig zuwiderlaufen können. Eine aktuelle Sonderausgabe der Zeitschrift Environmental Research Letters (DOI: https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab07f5) widmet sich diesem drängenden Problem. Inhaltlich konzipiert wurde sie von Wissenschaftler*innen der Universität Bonn mit internationalen Partnern.

Quelle: Uni Bonn

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Algenbeobachtung per Satellit

Zehnjahresmittelwert (Juli 2002-April 2012) der PFT-Chlorophyll-a-Konzentration für (A) Kieselalgen, (B) Dinoflagellaten, (C) Haptophyten und (D) Grünalgen, die mit einem EOF-basierten Algorithmus aus CMEMS-gefassten monatlichen Rrs-Produkten (Remote Sensing Reflectance) mit neun Banden ermittelt wurden. Ein mikroskopisches Foto der repräsentativen Arten für jede Phytoplanktongruppe ist ebenfalls oben rechts auf jeder Karte zu sehen. Grafik: Hongyan Xi, AWI

Mit einem neuen Algorithmus können Forscherinnen und Forscher des Alfred Wegener Institutes (AWI) jetzt aus Satellitendaten herauslesen, in welchen Meeresgebieten bestimmte Gruppen von Algen vorherrschen. Auch lassen sich giftige Algenblüten erkennen und die Folgen der Erderwärmung für das Meeresplankton bewerten. Damit können sie weltweit auf die Wasserqualität schließen und die Folgen für die Fischerei abschätzen, wie sie im Fachjournal Remote Sensing of Environment (DOI: https://doi.org/10.1016/j.rse.2020.111704) berichten. Die winzigen Algen in den Ozeanen sind enorm produktiv. Sie bilden die Hälfte des Sauerstoffs, den wir atmen. 

Quelle: AWI

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Ertragreichere Kulturpflanzen dank Genen von uralten Hornmoosen

Hornmoose gehören zu den ältesten noch existierenden Landpflanzen. Foto: Eftychis Frangedakis, UZH

Ein internationales Team hat erstmals das Genom mehrerer Hornmoose analysiert, was neue Einblicke in die Evolution der frühesten Landpflanzen eröffnet. In der uralten Pflanzengruppe entdeckten die Forschenden unter der Leitung der Universität Zürich und des Boyce Thompson Institute Gene, um zukünftig Kulturpflanzen zu züchten, die effizienter wachsen und weniger Dünger benötigen. Das berichten sie im Fachmagazin Nature Plants (DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-020-0618-2).

Quelle: Uni Zürich

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Anti-Stress-Programm für Chloroplasten

Zu starke Sonneneinstrahlung kann die Photosynthese treibenden Chloroplasten unter Stress setzen und letztlich zum Zelltod führen. Forschende haben einen neuen Kommunikationsweg zwischen Chloroplasten und Zellkern identifiziert, der die Zellen vor dem programmierten Zelltod schützt. Dies könnte ein Ansatzpunkt für die Erzeugung stressresistenter Nutzpflanzen sein. Über ihre Ergebnisse berichten die Forschenden um um Privatdozentin Dr. Tatjana Kleine von der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) im Fachmagazin PNAS (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1918640117). Für ihre Studie nutzten die Wissenschaftler eine Doppelmutante der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana).

Quelle: LMU

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Protein-Atlas der Modellpflanze Arabidopsis erstellt

Mit der Kartierung von über 18.000 Proteinen liegt nun ein umfangreiches Nachschlagewerk für die Modellpflanze Arabidopsis vor. Grafik: TUM-Lehrstuhl für Proteomik und Bioanalytik

Proteine sind die wichtigsten Akteure in jeder Zelle und haben eine Schlüsselstellung bei der Steuerung der Lebensvorgänge in Pflanzen. Sie sind Biokatalysatoren, leiten Signale innerhalb und zwischen Zellen weiter, bilden die Zellstruktur und vieles mehr. Unter der Federführung der Technischen Universität München (TUM) hat ein Wissenschaftsteam nun rund 18.000 der in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana vorkommenden Proteine kartiert und ihre Ergebnisse im Fachjournal Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-020-2094-2) veröffentlicht. Die Ergebnisse der Forschungsarbeit wurden in einem virtuellen Atlas zusammengefasst, der Antworten darauf liefert,

  • wie viele der etwa 27.000 Gene in der Pflanze als Proteine existieren (>18.000),
  • wo sie mit welchen Phosphorylierungsmodifikationen vorliegen und
  • in welchen ungefähren Mengen sie dort auftreten.

Diese Informationen sind frei in der online Datenbank ProteomicsDB https://www.proteomicsdb.org abrufbar. "Erstmalig haben wir alle Proteine der Gewebe der Modellpflanze Arabidopsis, umfassend kartiert. Das lässt neue Einblicke in die komplexe Biologie von Pflanzen zu", erklärt Prof. Bernhard Küster, der zusammen mit Dr. Julia Mergner und dem Sprecher des Sonderforschungsbereiches 924, Prof. Claus Schwechheimer, das Projekt federfürhend an der TUM realisierte. Beteiligt waren außerdem das Helmholtz Zentrum München, die Ludwig-Maximilians-Universität München, die Universität Regensburg, die Universität Tübingen und die Cellzome GmbH in Heidelberg

Quelle: TUM

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Cyanobakterien stellen Öl her

Mohammed Aizouq, Erstautor der Studie, entnimmt einer Petrischale mit dem Cyanobakterium Synechocystis einige Zellen für weitere Analysen. Die Blaualge verfügt über ein Enzym, mit dem sie Öl synthetisieren kann. Foto und (c): Yannic Müller, Uni Bonn

Cyanobakterien – umgangssprachlich auch Blaualgen genannt – können mit Hilfe von Licht aus Wasser und Kohlendioxid Öl produzieren. Das zeigt eine aktuelle Studie der Universität Bonn. Der Befund ist unerwartet: Bislang glaubte man, diese Fähigkeit sei den Pflanzen vorbehalten. Möglicherweise werden Blaualgen nun auch als Futter- oder Treibstoff-Lieferanten interessant, zumal sie keine Ackerflächen benötigen. Die Ergebnisse sind nun im Fachjournal PNAS (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1915930117) erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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Bäume profitieren kaum von erhöhtem CO2 bei extremer Trockenheit und Hitze

Die Versuchsanordnung: In hochtechnisierten Pflanzenkammern wurden Aleppo-Kiefern steigenden Temperaturen ausgesetzt. Foto: Plant Ecophysiology Lab, KIT

Der Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre gleicht die negative Wirkung des treibhausgasbedingten Klimawandels auf Bäume nicht aus: Je extremer Trockenheit und Hitze werden, desto weniger profitieren die Bäume von der intensiveren Versorgung mit Kohlendioxid, was Kohlenstoffwechsel und Wassernutzungseffizienz betrifft. Dies haben Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) bei Untersuchungen an Aleppo-Kiefern festgestellt. Über die Studie berichten sie in der Zeitschrift New Phytologist (DOI: https://doi.org/10.1111/nph.16471).

Quelle: KIT

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Produktivität von Wäldern kann trotz grosser Artenvielfalt sinken

500 Parzellen von Waldflächen mit verschiedenen und unterschiedlich vielen Baumarten. Foto: Yuanyuan Huang

In Wäldern mit grosser Biodiversität führt der gerichtete – also der nicht zufällige – Verlust von Arten zu einer starken Abnahme der Produktivität. Studien, die auf einem zufälligen Verlust basieren, führen daher möglicherweise zu unrealistischen Prognosen. Dies zeigen Daten aus einem grossen Waldprojekt in China, an dem die Universität Zürich beteiligt ist. Die Daten ihres Feldexperiments haben die Forschenden im Fachjournal Nature Ecology & Evolution (DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-020-1127-4) veröffentlicht.

Quelle: Uni Zürich

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Wie sich Palmöl-Biodiesel auf Treibhausgase auswirkt

Ölpalmenplantage mit Fluxturm zur Messung von Treibhausgasen aus einer Drohne fotografiert. Foto: Annaggadipa R. Jambi (Indonesien), 2019

Biokraftstoffe aus Pflanzenöl werden zunehmend als Alternative zu fossilen Brennstoffen verwendet, trotz der wachsenden Kontroverse über ihre Nachhaltigkeit. Ein Forschungsteam unter der Leitung der Universität Göttingen hat die Auswirkungen von Palmöl-Biodiesel auf Treibhausgase über den gesamten Lebenszyklus hinweg untersucht. Ergebnis: Die Verwendung von Palmöl aus neuen Plantagen, für die Wälder abgeholzt wurden, führt im Vergleich zu fossilen Brennstoffen insgesamt gesehen zu einem Anstieg der Treibhausgasemissionen. Die Bilanz ist besser, wenn das Palmöl aus Plantagen stammt, die auf bereits abgeholztem Land angelegt wurden. Darüber hinaus könnten die Emissionen durch die Einführung längerer Rotationszyklen oder neuer Ölpalmensorten mit höherem Ertrag reduziert werden. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature Communications (https://www.nature.com/articles/s41467-020-14852-6) erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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News · Forschungsergebnis

Erfolg globaler Bemühungen zum Schutz der Mangroven

Arbeiter transportieren Mangrovensetzlinge in einem Wiederaufforstungsprojekt in Gujarat, Indien. Foto: Ulrich Saint-Paul, ZMT

Eine Studie im Fachmagazin Current Biology (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.12.054) zeigt den Erfolg der globalen Bemühungen um den Schutz der Mangroven. Noch vor einem Jahrzehnt wiesen Forschende darauf hin, dass Mangrovenwälder schneller verloren gehen als fast jedes andere Ökosystem, einschließlich der Korallenriffe und tropischen Regenwälder. Ein internationales Team von mehr als 20 Forschenden unter der Leitung der Nationalen Universität Singapur sieht nun aber Grund für einen gewissen Optimismus, da der globale Verlust der Mangrovenwälder weniger alarmierend ist als zuvor angenommen. An der Studie waren auch zwei Wissenschaftler des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) beteiligt.

Quelle: ZMT

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News · Forschungsergebnis

Biologische Vielfalt erhöht die Effizienz des Energieaustauschs im Grünland

Artenreiche Blumenwiese. Foto: Alexandra Weigelt, TUM

Pflanzen beziehen ihre Energie aus der Sonne. Alle anderen Lebewesen müssen fressen, um zu leben. Doch wie funktioniert der Energiefluss in Ökosystemen und gibt es einen Unterschied zwischen Ökosystemen mit vielen und solchen mit wenigen Arten? Erstmals wurden in dieser Studie  nicht nur einzelne Ernährungstypen wie Pflanzenfresser in den Blick genommen, sondern die Nahrungsbeziehungen eines ganzen Ökosystems. „Die Studie zeigt, dass eine höhere Pflanzenvielfalt zu mehr gespeicherter Energie, einem größeren Energiefluss und einer höheren Energieeffizienz im gesamten Netz, also in allen Nahrungsketten, führt“, erläutert Dr. Oksana Buzhdygan von der Freien Universität Berlin, gemeinsam mit Dr. Sebastian T. Meyer von der Technischen Universität München (TUM) Erstautorin der im Fachmagazin Nature Ecology & Evolution (DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-020-1123-8) erschienenen Studie.

Quelle: TUM

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News · Anwendung · Forschungsergebnis

Methode zur Isolation von DNA bei Pflanzen eingesetzt

Forschende haben ein Verfahren entwickelt, mit dem die so genannte FAIRE-Methode nun auch bei der Versuchspflanze Ackerschmalwand angewendet werden kann. Für die Anwendung an Pflanzen war die Methode bislang nicht etabliert. Pflanzen haben eine rigide Zellwand, die den experimentellen Zugang oft erschwert. Durch das Aufbrechen von Pflanzenzellen werden auch andere Strukturen und Moleküle – beispielsweise die DNA – in Mitleidenschaft gezogen. Die Erkenntnisse der Arbeitsgruppe unter Leitung von Professor Uwe Conrath, Biochemie und Molekularbiologie der Pflanzen der RWTH Aachen, tragen dazu bei, eine erhöhte Abwehrbereitschaft von Pflanzen besser zu verstehen. Darauf aufbauend lassen sich künftig natürliche oder naturnahe Substanzen identifizieren, mit denen Nutzpflanzen umweltschonend vor Schadorganismen geschützt werden können. Ihre Ergebnisse publizierte das Team am 10. Februar in der Fachzeitschrift Nature Protocols (DOI: https://doi.org/10.1038/s41596-019-0277-9). Das meldet die RWTH heute beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: RWTH beim idw

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News · Forschungsergebnis

Silizium erhöht Wasservorräte für Pflanzen

Amorphes Silikat ist in der Lage, die für Pflanzen verfügbaren Wasservorräte in den Böden erheblich zu steigern. Das haben Forschende der Universität Bayreuth und des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) jetzt im Fachjournal Scientific Reports (http://www.nature.com/articles/s41598-020-59437-x) beschrieben. Damit bietet sich eine Chance, die weltweite Ernährungssicherheit zu stärken. Sie plädieren für eine nachhaltige Bewirtschaftung von Böden, die einen höheren Gehalt von amorphem Silikat gewährleistet.

Quelle: Uni Bayreuth

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News · Forschungsergebnis

Wie Wurzeln zum Wasser finden

Die Pflanze (Arabidopsis thaliana) wird dreidimensional montiert, steht aufrecht in einem pflanzlichen Gel und kann artgerecht mit Medium und Licht versorgt werden. Grafik und Bildrechte: Daniel von Wangenheim

Während die Hauptwurzel einer Pflanze in die Tiefe wächst, erkunden feine Seitenwurzeln den Boden in allen Richtungen. Wie Forschende aus Nottingham, Heidelberg und von der Goethe-Universität Frankfurt in der aktuellen Ausgabe von Nature Plants (DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-019-0580-z) berichten, „wissen“ die seitlichen Wurzeln schon ganz früh, wo sie Wasser finden. „Pflanzen verzweigen ihre Wurzeln also erst einmal in alle Richtungen, aber schon mit den ersten Zellteilungen weiß die Wurzel offenbar, wo sie Wasser und Nährstoffe findet“, fasst Daniel von Wangenheim die Ergebnisse zusammen. „So können Pflanzen flexibel auf eine Umgebung mit schwankenden Ressourcen reagieren.“ Das Ergebnis beruht auf vielen Stunden Filmmaterial, das von Wangenheim in einem anschaulichen Erklärvideo im Zeitraffer auf Twitter zur Verfügung stellte: https://twitter.com/DvonWangenheim/status/1224365891292405760.

Uni Frankfurt

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News · Forschungsergebnis

Verwandtschaft kalkiger Rotalgen erstmals mit Nano-Kristallstrukturen analysiert

Kalkige Rotalgen tragen wesentlich zur Stabilisierung von Riffsystemen bei. Foto: Derek Keats from Johannesburg, South Africa [CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)]

Erstmals ist gelungen, die genetischen Verwandtschaftsbeziehungen von kalkigen Rotalgen über Nanokristalle in deren Skeletten zu bestimmen. Ihre Ergebnisse deckten sich mit den Befunden molekularbiologischer Verfahren. Die im Journal Science Advances (https://advances.sciencemag.org/content/6/7/eaay2126) publizierte Studie von Erdwissenschafter*innen der Universität Graz eröffnet neue Möglichkeiten zur Erforschung der Zusammenhänge zwischen Evolution und genetischer sowie morphologischer Anpassung an sich ändernde Umweltbedingungen, etwa durch den Klimawandel.

Quelle: Uni Graz

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News · Forschungsergebnis

Rarität: Düsseldorfs Wollemie blüht

Erst nach einigen Jahren bilden sich in der Baumkrone auch die weiblichen Zapfen aus. Foto: Sabine Etges

Es gibt nur wenige lebende Pflanzen, die als botanische Dinosaurier gelten: die Wollemie (Wollemia nobilis). An der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) wachsen zwei Bäume dieser australischen Koniferenart, die lange als ausgestorben galt und zu den seltensten Arten auf der Erde zählt. Und nun hat einer von ihnen im Kuppelgewächshaus des Botanischen Gartens weibliche Blüten entwickelt, eine kleine Sensation. Besucherinnen und Besucher können diese in den kommenden Monaten bestaunen.

Quelle: HHU

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News · Forschungsergebnis

Arsen-Verbindungen im Boden der Reisfelder

Prof. Dr. Britta Planer-Friedrich, Dr. Carolin Kerl und Jiajia Wang M.Sc. (v.l.n.r.) vor dem Massenspektrometer in Bayreuth, mit dem der Nachweis der Thioarsenate in Reisböden gelang. Foto: José Miguel Leon Ninin

Unter welchen Bedingungen und in welchem Umfang schwefelhaltige Arsen-Verbindungen in Reisböden entstehen, haben Forschende untersucht. Mit einem neuen Messverfahren haben die Forschenden die Entstehung von schwefelhaltigen Arsen-Verbindungen auf Reisfeldern in Italien und China über lange Zeiträume beobachtet. Dabei stellte sich heraus: Die Mengen der auftretenden Thioarsenate stehen in einem signifikanten Zusammenhang mit den pH-Werten der Böden und weiteren einfach zu messenden Parametern. Diese Thioarsenate wurden bei Beurteilungen der gesundheitlichen Folgen des Reiskonsums bisher nicht berücksichtigt. Im Fachmagazin Nature Geoscience (https://www.nature.com/articles/s41561-020-0533-1) stellen die Forschenden der Universität Bayreuth, aus Italien und China ihre Ergebnisse vor und identifizieren dringenden Forschungsbedarf mit dem Ziel, die Verbraucher*innen vor gesundheitlichen Risiken zu schützen.

Quelle: Uni Bareuth

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News · Forschungsergebnis

Wenn Erbgut in die nächste Pflanzengeneration „geschmuggelt“ wird

Wiesen den DNA-„Schmuggel“ nach: Dr. Yanbo Mao, Professorin Rita Groß-Hardt und Dr. Thomas Nakel (v.l.n.r.). Foto: Jonas Ginter, InnoWi, Uni Bremen

Forschenden ist der Nachweis gelungen, dass man im Reproduktionsprozess von Pflanzen Erbgut an „Qualitäts-Checkpunkten“ vorbeischmuggeln kann. Wie sie herausfanden, kann das Erbgut eines zweiten Vaters an der Qualitätskontrolle vorbeigeschleust werden, während die DNA des ersten Vaters durch die Qualitätskontrolle des Nährgewebes muss. Das Forschungsergebnis publizierte die Arbeitsgruppe um die Molekulargenetikerin Professor Dr. Rita Groß-Hardt, Dr. Yanbo Mao und Dr. Thomas Nakel von der Universität Bremen im Wissenschaftsjournal eLife (DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.52976).

Quelle: Uni Bremen

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News · Forschungsergebnis

Pflanzen in Südafrika wohl stärker durch Klimawandel gefährdet als angenommen

Die Königsprotea (Protea cynaroides) ist die südafrikanische Nationalblume und eine der untersuchten Arten. Foto: Frank Schurr, Uni Hohenheim

Der Klimawandel verändert die Umweltbedingungen und das Feuerregime in der südafrikanischen Kapregion – und das könnte viele Pflanzenarten stärker in Bedrängnis bringen als bisher angenommen. Das haben Forschende der Universität Hohenheim mit einer neuen Methode herausgefunden. Dazu entwickelten einen neuen Ansatz, die ökologische Nische einer Art nicht anhand der tatsächlichen geografischen Verbreitung sondern anhand direkter demographischer Daten zu einer Art zu bestimmen. Bei vielen Arten bemerkten sie große Diskrepanzen zwischen der ökologischen Nische und der tatsächlichen Verbreitung. Als Modellpflanzen dienten ihnen 26 Arten von Silberbaumgewächsen (Proteen). Diese wohl bekannteste Pflanzengruppe Südafrikas ist an häufig auftretende natürliche Feuer angepasst. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal PNAS (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1908684117).

Quelle: Uni Hohenheim

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News · Forschungsergebnis

Rhizosphären-Mikrobiom beeinflusst Wurzel-Ausscheidungen

Das mikrobielle Gemeinschaften können Veränderungen in der Wurzelausscheidung von Tomatenpflanzen durch Wurzel-zu-Wurzel-Signalisierung (root-to-root signalling) bewirken. Der zugrundeliegende Vorgang wurde „systematically induced root exudation of metabolites“ (SIREM) („systematisch induzierte Wurzelausscheidung von Stoffwechselprodukten“) benannt. Diesen schildern Forschende des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) am 3. Februar im Fachmagazin PNAS (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1912130117). Das berichtet das IPK beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: IPK bim idw

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News · Forschungsergebnis

Nachhaltige Waldbewirtschaftung leistet besseren Klimaschutz als Waldwildnis

Blick auf den Südabhang des Thüringer Waldes. Das Mosaik einer kleinflächigen Bewirtschaftung ist deutlich erkennbar. Foto: Foto: Ernst-Detlef Schulze

Wie sich nachhaltig bewirtschaftete und unbewirtschaftete Wälder der gemäßigten Klimazone hinsichtlich ihrer Klimabilanz unterscheiden, hat ein Team unter der Leitung von Professor Ernst-Detlef Schulze vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie (bgc-jena) untersucht. Die Ergebnisse der in Global Change Biology-Bioenergy (DOI: https://doi.org/10.1111/gcbb.12672) veröffentlichten Studie zeigen, dass nachhaltige Wirtschaftswälder das Klima besser schützen. Ihr wichtigster Beitrag ist das Ersetzen fossiler Brennstoffe durch energetische Nutzung von Holz.

Quelle: bgc-jena

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News · Forschungsergebnis

Biodiversität rechnet sich

Artenreichere Wiesen sind auch ökonomisch interessanter als Grünland aus nur einer Art. Foto: Valentin Klaus

Wenn Landwirte die Artenvielfalt auf ihren Wiesen und Weiden fördern, können sie höhere Umsätze erzielen. Zu diesem Schluss kommt ein interdisziplinäres Forschungsteam aus den Agrarwissenschaften, der Ökologie und der Ökonomie an der ETH Zürich um die Professoren Dr. Nina Buchmann und Dr. Robert Finger sowie weiteren Universitäten. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachmagazin Nature Communications (DOI: https://dx.doi.org/10.1038/s41467-020-14541-4).

Quelle: ETH Zürich

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News · Forschungsergebnis · Werkzeuge

Metadaten-Datenbank für terrestrische Mikroorganismen

Metadaten-Datenbank "TerrestrialMetagenomeDB". Grafik: UFZ

Mikrobielle Gemeinschaften verraten einiges über den Zustand der Böden. Über diese Biodiversität wird auf genetischer Ebene rund um den Globus sehr viel geforscht, doch nicht immer lassen sich die Forschungsergebnisse von Dritten optimal nutzen. Der Grund: Die Informationen sind in verschiedenen Datenbanken gesammelt und unterschiedlich gut erfasst. Forscher*innen des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben nun eine neue Metadaten-Datenbank für terrestrische Metagenome mit mehr als 15.000 Datensätzen aufgebaut (siehe: webapp.ufz.de/tmdb), die Wissenschaftler*innen weltweit die Arbeit erleichtern wird. Das schreiben sie im Fachblatt Nucleic Acids Research (DOI: https://doi.org/10.1093/nar/gkz994).

Quelle: UFZ

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News · Forschungsergebnis

Über 80 Prozent der Ananasgewächse vom Aussterben bedroht

Vor allem lithophytische Pflanzen, die direkt auf Gestein wachsen, sind vom potentiellen Aussterben betroffen. Foto: Georg Zizka

Forschende kommen zu dem Schluss, dass Zweidrittel der über 3500 Arten aus der Pflanzenfamilie der der Bromeliengewächse möglicherweise vom Aussterben bedroht sind. Dazu hatten sie die Verbreitung und den Gefährdungsstatus der auch als Ananasgewächse bezeichneten Pflanzen untersucht, die in den Ökosystemen der amerikanischen Tropen eine wichtige Rolle spielen. Die Studie erschien kürzlich im Fachjournal Diversity and Distributions (DOI: https://doi.org/10.1111/ddi.13004).

Quelle: Senckenberg

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News · Forschungsergebnis

Boden- und Pflanzengesundheit durch Klimawandel beeinträchtigt

Der Klimawandel beeinträchtigt die Gesundheit landwirtschaftlich genutzter Böden. Durch eine Zunahme der Hitze und Trockenheit hat der krankheitserregende Pilz Pythium ultimum leichtes Spiel. Wie ein internationales Forscherteam unter Federführung der Universitäten Kassel und Bonn zeigt, sorgt der Pilz nach einem trocken-heißen Stressereignis bei Erbsen fast zum Totalausfall der Ernte. Eine kurzfristige Bodenerholung scheint nur ausnahmsweise zu gelingen. Die Studie ist nun im Fachjournal Applied Soil Ecology (DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2019.103482) erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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News · Forschungsergebnis

Arktis wird immer grüner – Auf der Suche nach den Ursachen

Strauchtundra auf Grönland. Foto: Prof. Dr. Martin Wilmking

Die Pflanzen arktischer Gebiete reagieren auf ansteigende Sommertemperaturen. Da der Schnee früher schmilzt, beginnen die Pflanzen im Frühjahr eher zu wachsen. Tundra-Vegetation breitet sich in neue Gebiete aus und die Pflanzen wachsen auch höher – das sogenannte „Ergrünen der Arktis“. Ein 40-köpfiges internationales Forschungsteam von 36 Institutionen, unter anderem der Universität Greifswald und der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung, hat mit Hilfe moderner Technik herausgefunden, dass die Ursachen für diese Prozesse komplexer und variabler sind, als bislang angenommen. Ihre Ergebnisse stellen sie in der Zeitschrift Nature Climate Change (https://www.nature.com/articles/s41558-019-0688-1) vor.

Quelle: Uni Greifswald

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News · Anwendung · Forschungsergebnis

Pflanzen als Vorbild zur Entfernung von Öl aus Gewässern

Ein Rohöltropfen auf einer Wasseroberfläche wird sekundenschnell von einem Blatt des Schwimmfarnes Salvinia adsorbiert und aus dem Wasser gezogen. Fotos und (c): W. Barthlott, M. Mail, Uni Bonn

Öl stellt für Wasserlebewesen eine erhebliche Gefahr dar. Forscher der Universitäten Bonn und Aachen sowie der Heimbach-GmbH haben eine neue Methode entwickelt, solche Verunreinigungen zu beseitigen: Textilien mit speziellen Oberflächeneigenschaften schöpfen das Öl dabei passiv ab und transportieren es in einen schwimmenden Behälter. Als Vorbild dienten den Wissenschaftlern dabei Oberflächen aus dem Pflanzenreich. Die Studie ist nun in der Zeitschrift Philosophical Transactions A (DOI: https://doi.org/10.1098/rsta.2019.0447) erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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News · Forschungsergebnis

Wie Pflanzen hyperaktive springende Gene beruhigen

Zwischen der Regulierung von Transposonen (springende Gene) und Genen, die die Entwicklung in Pflanzen und Tieren steuern, gibt es eine unerwartete Verbindung. Das hat die Analyse des Genoms des Lebermooses Marchantia polymorpha ergeben. Die neue Arbeit eines internationalen Teams unter der Führung des Wiener Gregor Mendel Instituts der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (GMI) und dem Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen Tübingen (ZMBP) wurde am Donnerstag in der Fachzeitschrift Current Biology (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.12.015) veröffentlicht.

Quelle: GMI

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Klimawandel könnte Artenvielfalt der Alpen künftig stärker beeinflussen als Landwirtschaft

Forscher*innen der Uni Wien und der BOKU haben berechnet, welche Einflüsse die Landwirtschaft und der Klimawandel in Zukunft auf die Artenvielfalt in den Alpen haben. Foto und (c): Iwona Dullinger

Intensive landwirtschaftliche Nutzung wirkt sich stark auf die Artenvielfalt aus. Der Klimawandel könnte die Landwirtschaft in Zukunft aber als Hauptursache der Biodiversitätskrise ablösen. Modellrechnungen dazu waren bislang selten, da Vorhersagen über die Entwicklung der Landwirtschaft schwierig sind. Wissenschaftler*innen der Universität Wien und der Universität für Bodenkultur haben ein kombiniertes Modell für eine Beispielregion in den österreichischen Alpen entwickelt. Die Ergebnisse bestätigen, dass der Klimawandel tatsächlich zum einflussreichsten Faktor für die Verbreitung von Arten in dieser Region werden könnte. Die Studie erscheint in der Fachzeitschrift Global Change Biology (DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.14977).

Quelle: Uni Wien

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News · Forschungsergebnis

Vierblättrigen Einbeere nutzt Pilze als Nahrungsquelle

Vierblättrige Einbeere. Foto: Philipp Giesemann

Die Vierblättrigen Einbeere (Paris quadrifolia) bezieht einen Teil ihrer kohlenstoffhaltigen Nährstoffe von Pilzpartnern, mit denen sie in einer Paris-type arbuskulären Mycchoriza zusammenlebt. Das zeigen Forschende der Uni Bayreuth im Fachmagazin The New Phytologist (DOI: https://doi.org/10.1111/nph.16367). Die Zahl der Pflanzenarten, die organische Nährstoffe von Pilzen gewinnen, könnte demnach weitaus höher sein als bisher angenommen, folgern die Forschenden. 

Quelle: Uni Bayreuth

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News · Forschungsergebnis

Zu viel Stickstoff bremst Waldwachstum in Europa

Austausch der Sammler zur Bestimmung des Stoffeintrags mit dem Regen auf der LWF-Fläche in Vordemwald AG. Im Hintergrund ein Streusammler. Foto: Peter Waldner, WSL

Zusätzlicher Stickstoff regt das Baumwachstum an. Geraten aus Luftverunreinigungen jedoch jährlich mehr als etwa 30 Kilogramm pro Hektar in einen Wald, dann verringert sich der Holzzuwachs, denn es fehlen andere für das Wachstum wichtige Elemente. Dies zeigt eine in 23 europäischen Ländern durchgeführte Studie unter Leitung der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) im Fachmagazin Forest Ecology and Management (DOI: https://doi.org/10.1016/j.foreco.2019.117762).

Quelle: WSL

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News · Forschungsergebnis

Effiziente Photosynthese der Cyanobakterien

Jacqueline Thiemann (links) und Marc Nowaczyk wollen demnächst bei Cyanobakterien abgucken. Foto: Marquard, RUB

Cyanobakterien betreiben eine besonders effiziente Photosynthese, weil sie das Kohlenstoffdioxid zunächst in wasserlösliche Kohlensäure umwandeln und zwischenspeichern. Wie genau sie das machen, konnte ein Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) gemeinsam mit internationalen Kollegen erstmals im Detail klären. Das macht es künftig möglich, die Tricks der Bakterien zu nutzen, zum Beispiel für die Produktion nachhaltiger Kraftstoffe. Das Team berichtet in der Zeitschrift Nature Communications (https://www.nature.com/articles/s41467-020-14347-4).

Quelle: RUB

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Einzigartiger Zentromer-Typ in der Nessel-Seide

Die holozentrische Nessel-Seide umschlingt eine Brennnessel. Foto: Jiri Macas

Forschende haben einen neuen Zentromer-Typ in der Nessel-Seide (Cuscuta europaea) entdeckt, die normalerweise in der Forschung wegen ihrer parasitischen Lebensweise und ihrem damit einhergehenden Mangel an Chloroplasten erforscht wird. Während die chromosomale Anordnung von Zentromeren für gewöhnlich durch die Positionierung vom CENH3-Histon bestimmt wird, verteilen sich die Zentromere der Nessel-Seide unabhängig vom Vorkommen dieser Histonvariante. Das beschreiben Forschende der Tschechischen Akademie der Wissenschaften in Ceské Budejovice in Zusammenarbeit mit Forschenden des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben. Ihre Ergebnisse stellen sie im Fachmagazin Fronierts in Plant Science (DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01799) vor, meldet das IPK beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: idw

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Vegetation der Berggebiete trocknet Alpenflüsse aus

In der Fachzeitschrift Nature Climate Change (DOI: https://doi.org/10.1038/s41558-019-0676-5) berichten Forschende der ETH Zürich, dass Pflanzen in höheren Lagen während Dürren nicht verdorren, sondern prächtig gedeihen. Anhand der Simulation berechneten sie, dass die Evapotranspiration von bewaldeten Berggebieten in einer Höhenlage von 1300 bis 3000 m.ü.M im Hitzesommer 2003 in weiten Teilen der Alpen überdurchschnittlich hoch war. Die Vegetation dieser Höhenlage war also massgeblich daran beteiligt, den halb ausgetrockneten Flüssen und Bächen das Wasser abzugraben, folgern sie daraus.

Quelle: ETH Zürich

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Ansatzstelle zur Stärkung des Immunsystems von Pflanzen entdeckt

Manche Pilze verstecken sich vor dem pflanzlichen Immunsystem, indem sie einige ihrer Chitin-Bausteine modifizieren: es entsteht Chitosan. Forschende der Universität Münster haben jetzt herausgefunden, dass Pflanzen auf ein ganz bestimmtes Muster in diesem Chitosan mit einer Stimulierung ihres Immunsystems reagieren, wie sie im Fachmagazin Journal of the American Chemical Society (DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.9b11466) bersichten. Sie arbeiten nun daran, ein Immunstimulans für Pflanzen zu entwickeln, um den Einsatz chemischer Pestizide in der Landwirtschaft verringern zu können.

Quelle: Uni Münster

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Molekularer Dialog in Pflanzen-Samen entschlüsselt

Embryo und Endosperm im sich entwickelnden Samen von Arabidopsis (lichtmikroskopische Aufnahme). Aufnahme: Uni Hohenheim

Unter der Samenhülle verbergen sich zwei genetisch verschiedene Organismen, die miteinander kommunizieren müssen. Dies hat mit dem besonderen Fortpflanzungsweg der Blütenpflanzen zu tun. Wie Forschende der Universitäten Hohenheim in Stuttgart, Genf, Lausanne und federführend der Universität Lyon herausfanden, basiert die Kommunikation des Embryos und des ihn umgebenden Endosperms auf Peptidhormonen. Sie funktioniert deshalb grundlegend anders als die meisten bisher erforschten Steuerungsmechanismen von Pflanzen. Ihre Ergebnisse präsentieren die beteiligten Forschenden im Wissenschaftsmagazin Science (https://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aaz4131).

Quelle: Uni Hohenheim

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Naturstoff gegen Fibrose in Belladonna-Lilie entdeckt

Die Natur ist eine unerschöpfliche Quelle für therapeutisch wirksame Substanzen. Allerdings gleicht die Fahndung nach einem passenden Wirkstoff gegen eine bestimmte Erkrankung oft der berühmten Suche nach der Stecknadel im Heuhaufen. Jetzt ist es einem internationalen Forscherteam aus den USA, Frankreich, Spanien, Italien und der Medizinischen Hochschule Hannover, Deutschland, gelungen, gleich zwei Verbindungen zu entdecken, die das als Fibrose bekannte krankhafte Wachstum des Herzmuskels verhindern und gleichzeitig dafür sorgen, dass sich das Herz in der sogenannten diastolischen Pumpphase entspannen und wieder mit Blut füllen kann. Das haben sie im Tiermodell belegt. Die Studie wurde von dem Institut für Molekulare und Translationale Therapiestrategien der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) durchgeführt. Die Ergebnisse hat jetzt die Fachzeitschrift Circulation (DOI: https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.119.042559) veröffentlicht.

Quelle: MHH

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Modifizierte Pflanzen gegen den Klimawandel

Im Kampf gegen den Klimawandel sind neue Techniken gesucht. Würzburger Bioinformatiker haben jetzt möglicherweise einen Weg gefunden, der Pflanzen in die Lage versetzt, mehr Kohlendioxid zu binden.

Quelle: Uni Würzburg

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Welche Regulatoren bei Eisenmangel aktiv sind

Bioinformatische Arbeitsschritte, um die cis-regulatorischen Elemente zu identifizieren. Die Ergebnisse der Studie tragen dazu bei, die genetische Regulation der Eisenmangelantwort in Pflanzen zu verstehen. Abbildung: Birte Schwarz, HHU

Eisenmangel ist ein kritischer Umstand für Pflanzen, auf den sie mit speziellen genetischen Programmen reagieren. Mit Methoden der Künstlichen Intelligenz hat ein Forschungsteam um Prof. Dr. Petra Bauer vom Institut für Botanik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und Prof. Dr. Shin-Han Shiu vom Department of Plant Biology der MSU ein Vorhersageverfahren entwickelt und damit Kandidaten für diese spezielle cis-regulatorische Elemente (CRE) identifiziert, die in Pflanzenwurzeln bei regulatorischen Prozessen bei Eisenmangel aktiv sein können. Damit können nun regulatorische Genabschnitte vorhergesagt werden. Die Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift Plant Physiology (DOI: https://doi.org/10.1104/pp.19.00760). „Die gefundenen CREs können von Züchtern genutzt werden, um die Eisenaufnahme in neuen Pflanzensorten gezielt zu steigern“, betont Prof. Bauer. Ihre Mitarbeiterin und Erstautorin der Studie Dr. Birte Schwarz ergänzt: „So kann eine bessere Eisenversorgung gewährleistet werden und eine bessere Anpassung der Pflanzen auch an schlechte Böden.“

Quelle: HHU

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Mit „Kmasker plants“ Genomsequenzen einfacher bearbeiten

Was kurze Sequenzstücke (k-mer) verraten. Anwendungen und Methoden des bioinformatischen Tools „Kmasker plants“ zur Analyse von Sequenzdaten. Grafik: Chris Ulpinnis, IPB Halle und Pixabay

Die Entwicklung von Next-Generation-Sequencing (NGS) hat es Forschern ermöglicht, Genome zu untersuchen, die zuvor als zu komplex oder aufgrund ihrer Größe als zu teuer galten. Trotzdem ist die Analyse komplexer Pflanzengenome, die oft einen enormen Anteil an repetitiven Sequenzen besitzen, noch immer eine Herausforderung. Daher haben Bioinformatiker des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben, der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) nun „Kmasker plants“ entwickelt – ein Bioinformatik-Tool, welches durch die Identifizierung repetitiver Sequenzen die Analyse von Pflanzengenomen vereinfacht. Es baut auf die Identifizierung von k-meren (Nukleotidsequenzen einer bestimmten Länge ‚k‘) auf. Das Werkzeug wurde unter dem Namen „Kmasker plants“ im Fachmagazin The Plant Journal (DOI: https://doi.org/10.1111/tpj.14645) veröffentlicht. „Kmasker plants“ steht als Webservice zur Verfügung oder kann installiert werden via: https://github.com/tschmutzer/kmasker.

Quelle: IPK (pdf)

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Die Welt ernähren, ohne den Planeten zu schädigen, ist möglich

Fast die Hälfte der derzeitigen Nahrungsmittelproduktion ist schädlich für unseren Planeten – sie führt zum Verlust biologischer Vielfalt, setzt den Ökosystemen zu und verschärft die Wasserknappheit. Kann das gutgehen, angesichts einer weiter wachsenden Weltbevölkerung? Eine neue Studie im Fachmagazin Nature Sustainability (https://www.nature.com/articles/s41893-019-0465-1) untersucht umfassende Lösungsvorschläge, wie man 10 Milliarden Menschen innerhalb der Belastungsgrenzen unseres Planeten ernähren kann. Eine angemessene und gesunde Ernährung für jeden Menschen bei weitgehend intakter Biosphäre erfordert nicht weniger als eine technologische und soziokulturelle Kehrtwende, resümieren die Forschenden unter der Leitung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK).

Quelle: PIK

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Schnellere Vorhersage zu Gewinnern und Verlierern des Klimawandels

Forscher*innen wollen anhand des Erbguts schneller vorhersagen, wie Arten auf den Klimawandel reagieren können; im Vordergrund stehen Arten, die für ihr Ökosystem von zentraler Bedeutung sind. Foto: Barbara Feldmeyer

Forschende wollen mit einem neuen Forschungsansatz schneller und für eine größere Anzahl an Arten vorhersagen, welche Tiere und Pflanzen es schaffen können, sich an den Klimawandel anzupassen und welche nicht. Der Schlüssel ist laut den Forscher*innen des Senckenberg und des LOEWE-Zentrums für Translationale Biodiversitätsgenomik im Erbgut der jeweiligen Art zu finden. In Kombination mit ökologischen Daten sind die Ergebnisse vor allem für den Naturschutz relevant. Das Team plädiert daher dafür, zunächst Arten in den Blick zu nehmen, die für ihr jeweiliges Ökosystem von besonderer Bedeutung sind. Die Studie ist soeben im Fachjournal Evolution Letters (DOI: https://doi.org/10.1002/evl3.154) erschienen.

Quelle: Senckenberg

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Blaualgen im Wasser und an Land als Quelle für Methan identifiziert

Massenentwicklung von Cyanobakterien, die auch als Blaualgen bezeichnet werden, weil sie Photosynthese treiben. Foto: Angelina Tittmann, IGB

Cyanobakterien, umgangssprachlich auch Blaualgen genannt, gehören zu den häufigsten Organismen auf der Erde. Ein Forschungsteam zeigte nun erstmalig, dass Cyanobakterien in Meeren, Binnengewässern und an Land relevante Mengen an Methan produzieren. Die durch den Klimawandel zunehmenden Blaualgenblüten werden die Freisetzung von Methan aus Binnengewässern und Meeren in die Atmosphäre mit hoher Wahrscheinlichkeit verstärken, folgern die Forschenden unter Leitung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) und der Universität Heidelberg.
Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Science Advances (DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aax5343).

Quelle: IGB

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Unsere Wälder wachsen unter dem Einfluss des Klimawandels langsamer

Kiefernwälder am Ostseestrand – Foto: Karolina Janecka

Die Sommertrockenheit beeinträchtigt immer mehr das Wachstum von Buche und Eiche im Ostseeraum. Dagegen wird das Wachstum der Kiefer stärker von den Winterbedingungen beeinflusst. Dabei gibt es regionale Unterschiede. In Norddeutschland, Südschweden und Westpolen vollzieht sich der Wandel schneller als im Osten Polens und in den baltischen Staaten. Das fand ein internationales Forschungskonsortium unter Greifswalder Leitung heraus, indem es Daten von über 300 Waldstandorten auswertete. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Global Change Biology (DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.14966) veröffentlicht.

Quelle: Uni Greifswald

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News · Forschungsergebnis

Fledermausblume als Vorlage für Sonarnavigation

Die Sonarsysteme und -reflektoren (unten) sind von Fledermäusen und Blüten inspiriert. Foto: Ralph Simon, Vrije Universiteit Amsterdam

Sonarsysteme sind für autonome Roboter und selbstfahrende Autos unerlässlich, da sie sehr kostengünstige Sensoren für Abstandsmessungen sind. Doch manchmal sind die erzielbaren Messergebnisse irreführend und bisher gab es auch keine Sonarzeichen, -schilder oder -signale, die die Navigation unterstützen können. Nun hat ein Forschungsteam der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) gemeinsam mit Forschenden der Universitäten in Antwerpen und Amsterdam eine Lösung gefunden, die durch eine spezielle Koevolution zwischen Fledermäusen und Blumen inspiriert wurde. Ihre Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift PNAS (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1909890117) veröffentlicht.

Quelle: FAU

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"Autophagie ist das Fein-Tuning zellulärer Programme"

Wenn Pflanzen sich auf veränderte Umweltbedingungen wie Dürre, extreme Temperaturen oder Krankheitserreger reagieren, leiten sie neue zelluläre Programme ein, die die passenden Proteine für die jeweilige Situation produzieren. Eine neue Forschungsarbeit eines internationalen Teams aus Dänemark, Österreich und Norwegen hat nun gezeigt, dass Pflanzen auch imstande sein müssen alte zelluläre Programme zu löschen, damit das neue Anpassungsprogramm etabliert werden kann. Dazu betreiben sie Autophagie, wobei beschädigte oder unerwünschte Zellkomponenten erkannt und anschließend recycelt werden. Sie publizierten ihre Studie im Fachmagazin EMBO Journal (DOI: https://doi.org/10.15252/embj.2019103315). „Unser Daten sind der überzeugende Beweis, dass eine der Hauptaufgaben der Autophagie das Fein-Tuning zellulärer Programme ist. Der Verlust der Autophagie hat gravierende Konsequenzen auf mehreren Ebenen. Dies hat bisher zu Verwirrung über die Rolle der Autophagie geführt,“ sagt Yasin Dagdas vom Wiener Gregor Mendel Institut (GMI) im Informationsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: GMI im idw

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Paradigmenwechsel für Landwirtschaftsflächen mit hohem Naturschutzwert nötig

Extensiv bewirtschaftetes, artenreiches Grünland im Thüringer Wald, Deutschland. Foto: Landschaftspflegeverband Thüringer Wald e.V.

Zunehmende und intensivere Landwirtschaft hat zu vielfältigen Konflikten mit dem Naturschutz geführt. Trotz dieses weltweiten Trends weisen in der Europäischen Union etwa 30 Prozent der Agrarflächen als sogenannten High Nature Value Farmlands (HNV-Farmlands) einen hohen Naturschutzwert auf. Ein europäisches Forschungsteam mit Beteiligung der Universitäten Göttingen und Kassel sowie des Braunschweiger Thünen-Instituts für Biodiversität hat in einer aktuellen Studie die Zukunft dieser Agrarflächen untersucht. Die Forschenden entwickelten eine Reihe von Empfehlungen, wie Agrarlandschaften mit hohem Naturschutzwert durch finanzielle, soziale, politische, technische und Produkt-Innovationen über die Agrarpolitik unterstützt werden können, denn Agrarflächen mit hohem Naturwert stellen wertvolles Kapital dar. Sie ermöglichen es der Gesellschaft, aktuell existierende und zukünftige Umweltprobleme zu bewältigen. Allerdings bedürfe es eines Paradigmenwechsels, um die naturverträglich wirtschaftenden Bauernhöfe zu erhalten und die Agrarlandschaften von hohem Naturschutzwert für zukünftige Generationen zu erhalten. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Frontiers in Ecology and the Environment (DOI: https://doi.org/10.1002/fee.2116) erschienen.

Quelle: Thünen-Institut

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Gurken-Virus in Deutschland nachgewiesen

Blätter einer mit CABYV infizierten Pflanze mit Symptomen des Chlorophyllmangels. Foto: W. Menzel, DSMZ

Der Pflanzenvirologe Dr. Wulf Menzel vom Leibniz-Institut Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (DSMZ) in Braunschweig hat zusammen mit Kollegen aus Nürnberg und Freising erstmals das „Gurken-Virus“ Cucurbit aphid-borne yellows virus (CABYV) in Deutschland isoliert. Ihre Ergebnisse publizierten die Wissenschaftler jetzt im Fachmagazin New Disease Report (DOI: http://dx.doi.org/10.5197/j.2044-0588.2020.041.001). Im Sommer 2019 berichteten zahlreiche bayerische Landwirte, dass ihre Gurkenpflanzen mit einer nicht bekannten Krankheit infiziert waren. In den meisten Beständen lag die Infektionsrate bei 90 Prozent. Insgesamt sank der Ernteertrag um bis zu 50 Prozent. Die serologischen und molekularen Untersuchungen wiesen zweifelsfrei eine Infektion mit CABYV nach. Die Forschenden gehen davon aus, dass sich CABYV auch in Ländern von Mitteleuropa etablieren wird.

Quelle: DSMZ

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Vielfältige Landschaften funktionieren besser

Studiendesign: Landschaften mit unterschiedlicher Landbedeckung. Grafik: Uni Zürich

Dass Ökosysteme mit grosser Biodiversität besser funktionieren, ist bekannt. Nun zeigen Umweltwissenschaftler der Universität Zürich erstmals, dass vergleichbare Zusammenhänge auch auf Stufe von Landschaften gelten: Die Mischung von Wiesen, Wäldern, Siedlungen und Gewässern verbessern Funktion und Stabilität einer Landschaft – unabhängig von Pflanzenvielfalt, Region und Klima. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachmagazin Nature Communications (https://www.nature.com/articles/s41467-019-14002-7).

Quelle: Uni Zürich

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Landnutzung hat langfristige Auswirkung auf biologische Vielfalt

Einer der untersuchten Graslandflächen im Val-de-Sevre in Südwest-Frankreich. Foto und Copyright: Gaëtane Le Provost

Die Vergangenheit lässt die Biodiversität in Agrarlandschaften nicht los - das zeigt eine aktuelle Studie von Wissenschaftler*innen des Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrums im Fachjournal PNAS (https://www.pnas.org/content/early/2020/01/01/1910023117). Anhand einer Agrarlandschaft in Südwest-Frankreich belegte das Team, dass eine Zwischennutzung von Wiesen und Weiden als Acker auch nach 20 Jahren die Eigenschaften zur Bewegung und Nahrungssuche innerhalb einzelner Artengemeinschaften auf heutigen Wiesen und Weiden homogenisiert. Bestehende Wiesen und Weiden in Agrarlandschaften sollten daher langfristig erhalten werden, um Arten eine Zuflucht zu bieten, die durch Umbruch in Äcker verloren gehen.

Quelle: Senckenberg

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Wie sich Arabidopsis an hohe Lichtintensitäten anpasst

Pflanzen aktivieren bei hoher Lichtintensität Schutzmechanismen, welche die Photosynthese drosseln können. Eine Schlüsselrolle bei diesem Anpassungsprozess spielen drei V, P und Z genannten Proteine. Die Biologen Antoni Garcia-Molina und Dario Leister von der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) konnten nun zeigen, dass in der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) diese drei Schlüsselproteine die Photosynthese drosseln und sich die Pflanze auch rascher an wechselnde Lichtverhältnisse anpassen konnte - sogar schneller als VPZ-Tabakpflanzen, bei denen dieser Vorgang schon früher untersucht worden war. Allerdings fanden die Münchner Biologen auch heraus, dass diese Ackerschmalwand VPZ-Pflanzen jedoch nicht schneller wuchsen – ganz im Gegenteil, wie sie im Fachjournal Nature Plants zeigen (DOI: https://www.nature.com/articles/s41477-019-0572-z). „Möglichweise stört der erhöhte Schutz gegen Lichteinstrahlung sogar andere für die Pflanze wichtige Mechanismen,“ sagt Leister. Die Forschenden folgern, dass es keine einfachen und universellen Lösungen gibt, um (Nutz-)Pflanzen künstlich auf den Klimawandel einzustellen.

Quelle: LMU

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Thiol-Redox-Schalter beeinflussen früheste Ereignisse der Samenkeimung

Samenkeimung unter dem Fluoreszenzmikroskop. Aufnahme: Bettina Richter, Uni Münster

Pflanzensamen können in trockenem Zustand über Jahre ihre Energie speichern, um sie dann plötzlich freizusetzen und zu keimen. Aber wie wird die Energie im Samen verfügbar gemacht? Wie kann der Energiestoffwechsel früh und effizient gestartet werden? Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Universität Münster hat herausgefunden, dass den Thiol-Redox-Schaltern dabei eine zentrale Bedeutung zukommt. Ihre Studie veröffentlichten die Forschenden um Prof. Dr. Markus Schwarzländer von der Uni Münster und um Andreas Meyer von der Uni Bonn im Fachmagazin PNAS (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1910501117).

Quelle: Uni Münster

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Algen: Wanderer zwischen Wasser und Land

Typischer Lebensraum für terrestrische Algen aud Fuerteventura (Spanien). Foto: Barbara Melkonian, UDE

Algen aus der Gruppe der Streptophyta teilen viele Eigenschaften mit Moosen, Farnen und Samenpflanzen. Unklar war bisher, wann die Algen erstmals Land eroberten. Ein internationales Team sequenzierte deshalb das Erbgut von zwei einzelligen Algen, die zu den ursprünglichsten Streptophyta gehören. Wie die Genomstudie zeit, hatten Mesostigma viride und Chlorokybus atmophyticus einen gemeinsamen Vorfahren. Sie sind die ursprünglichste Abstammungslinie der Steptophyta. Mesostigma ist ein mit Geißeln, die zur Fortbewegung dienen, ausgestatteter Einzeller, der am Boden kleiner Teiche lebt. Chlorokybus bildet Pakete ineinander geschachtelter Einzelzellen, die von einer festen Zellwand umgeben sind, und lebt zwischen Moosen, auf der Erde, an Steinen und Wänden. „Die Genomanalysen beider Algen zeigten große Unterschiede in der Größe und Struktur ihres Erbgutes und im Genbestand“, sagt Studienleiter Prof. Dr. Michael Melkonian von der Universität Duisburg-Essen (UDE) über die im Fachmagazin Nature Plants (https://www.nature.com/articles/s41477-019-0560-3) publizierte Arbeit.„Algen lebten offenbar lange vor der Entstehung der eigentlichen Landpflanzen außerhalb des Wassers, ihre Evolution erfolgte aber nicht linear, sondern es gab immer wieder Rückentwicklungen in den aquatischen Lebensraum, nach dem Prinzip, zwei Schritte vorwärts, einer zurück“, schließt Prof. Melkonian.

Quelle: UDE

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Neue Lebensgemeinschaft in der Atacama-Wüste entdeckt

Die biologische Bodenkruste auf dem Cover der Zeitschrift Geobiology, wird von zahlreichen Organismen wie Flechten, Pilzen, Cyanobakterien und Grünalgen gebildet. Foto: Uni Rostock

Forschende haben in der trockensten, nicht-polaren Wüste der Welt eine neue Organismengemeinschaft identifiziert, die in den Gebieten überlebt, in denen nahezu täglich frühmorgendlich Küstennebel liegt. Das interdisziplinäre Forschungsteam der Universitäten Rostock und Kaiserslautern, der Ludwig-Maximilians-Universität München und der Philipps-Universität Marburg veröffentlichte seine Ergebnisse über die neue Bodenkruste im Fachjournal Geobiology (DOI:  https://doi.org/10.1111/gbi.12368).

Quelle: Uni Rostock

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Um die Artenvielfalt zu retten, sollten globale Probleme jetzt angegangen werden

Komplexe Systeme können nicht durch eine einzige Maßnahme nachhaltig verändert werden. © Grafik in Anlehnung an IPBES-SPM

Seit den 1970er Jahren wächst der Einfluss der Menschheit auf die Natur rasant, berichten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Science (DOI: https://science.sciencemag.org/content/366/6471/eaax3100), darunter Forschende des Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ). Da aber eine Reihe von eng miteinander verzahnten Einflüssen vom Klimawandel bis zu Überfischung und Landübernutzung die Umwelt in die Zange nehmen, sollten diese weltweiten Herausforderungen alle gleichzeitig an der Wurzel gepackt werden, um weitere massive globale Schäden noch zu verhindern. Und das müsste sofort geschehen, betonen die Forschenden.

Quelle: UFZ

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Moderne und alte Weizensorten schmecken gleich gut

Aus dem Mehl verschiedener Weizensorten wurden mit gleichen Rezepten Brote gebacken und anschließend verkostet. Schon das äußere Erscheinungsbild der Brote variiert zwischen den Sorten deutlich. Foto: BeckaBeck

Moderne Weizensorten liefern grundsätzlich ähnlich aromatische Brote wie die alten Sorten. Unterschiede bestehen zwischen einzelnen Sorten – und den Anbaugebieten. Das fand ein Team aus deutschen und Schweizer Forschern unter Federführung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und der Universität Hohenheim in Stuttgart heraus. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verglichen Geschmack und Geruch von Broten, die in enger Kooperation mit je einem handwerklichen Bäcker und Müller mit Mehl aus alten und aus modernen Weizensorten gebacken wurden. Außerdem beschreibt das Forschungsteam nun im Journal Food Research International (DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodres.2019.108748), wie es den Geschmack und andere Broteigenschaften molekularbiologisch vorhersagen kann.

Quelle: HHU

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In der Spitze wird die Architektur der Pflanze angelegt

Maissorten mit verschiedenen Blattstellungen: Für die landwirtschaftliche Nutzung ist dies ein wichtiges Merkmal, nach dem selektiert wird, um Pflanzdichte und Ertrag zu steigern. Foto: Uni Tübingen

Die Aufgaben des Meristems gehen weiter als bislang gedacht: Es ist nicht nur das teilungsfähig Bildungsgewebe mit den Stammzellen an der Sprossspitze sondern es steuert aus der Spitze heraus die Architektur der ganzen Pflanze. Bei der Kartierung der an diesen Funktionen beteiligten genetischen Schaltkreise in Mais-Pflanzen hat ein internationales Team entscheidende Ansatzpunkte zur technologischen Verbesserung von Nutzpflanzen entdeckt. Das Forschungsteam unter der Leitung von Professorin Marja Timmermans vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen der Universität Tübingen stellt seine Ergebnisse in der Fachzeitschrift Genome Research (DOI: https://dx.doi.org/10.1101/gr.250878.119) vor.

Quelle: Uni Tübingen

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Pflanzen-Reaktion auf Hitze über Wurzeln reguliert

Untersuchungsobjekt: Arabidopsis-Pflanzen. Bild: Institut für Pflanzenbiologie, TU Braunschweig

Bei erhöhten Temperaturen regeln Arabidopsis-Pflanzen ihr Wachstum über ihre Wurzeln. „Wird es warm, schüttet die Wurzel eine Vorstufe des Signalstoffes Gibberellin aus, aus die der Spross Hormone für das Wachstum bildet, ein als Thermomorphogenese bekanntes Phänomen“, erklären Dr. Maria João Pimenta Lange und Professor Theo Lange vom Institut für Pflanzenbiologie der TU Braunschweig. Die genetische Studien wurden mit Hormonmangel-Mutanten durchgeführt, deren Spross auf Wurzeln von Wildtyp-Pflanzen gepfropft wurde. Diese grundlegenden Erkenntnisse zur Kommunikation zwischen Wurzel und Spross könnten – unter den sich rapide wandelnden Umweltbedingungen – zur Verbesserung von Anbaumethoden beitragen. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Plants (https://www.nature.com/articles/s41477-019-0568-8) veröffentlicht.

Quelle: TU Braunschweig

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Wie natürliche Mangroven-Ökosysteme den Klimawandel eindämmen

Der im Sediment konservierte Pollen (hier unter dem Lichtmikroskop) ermöglicht es, vergangene Ökosysteme und die Klimadynamik zu enthüllen. Aufnahme: Kartika Anggi Hapsari

Mangrovenökosysteme müssen erhalten und wiederhergestellt werden, um im Kampf gegen den steigenden Kohlenstoffgehalt in der Atmosphäre erfolgreich zu sein. Das hat ein Forschungsteam der Universitäten Göttingen und Bremen sowie vom Leibniz-Zentrum für Tropische Meeresforschung in Bremen hat nun im Fachmagazin Global Change Biology (DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.14926) gezeigt, das die Kohlenstoffsenke der von Mangroven gesäumten Segara-Anakan-Lagune in Java, Indonesien, untersucht hatte. Sie gilt als eine der effektivsten Kohlenstoffsenken in Mangrovenökosystemen weltweit. Die Forscherinnen und Forscher stellten das Alter eines fünf Meter tiefen Sedimentkerns fest und untersuchten seine biogeochemische Zusammensetzung. Auch spürten sie Elemente, Pollen und Sporen auf. Sie analysierten vier verschiedene Zeiträume über eine Zeitspanne von insgesamt 400 Jahren und unterschiedliche Klimazonen hinweg.

Quelle: Uni Göttingen

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Gene machen Eichen robust gegen Trockenheit

Der Klimawandel führt zu immer intensiveren Dürreperioden in Europa. Die Trockenheit setzt auch den Wäldern stark zu. Schon seit längerem überlegen sich Waldschützer ganz genau, welche Bäume sie für die Aufforstung pflanzen sollen. Forscher vom Institut für Ökologie, Evolution und Diversität der Goethe-Universität Frankfurt am Main haben nun Gene in Eichen identifiziert, die die Bäume resistenter gegen die Dürre machen könnten. Die Ergebnisse veröffentlichten sie im Fachmagazin Plant Gene (DOI: https://doi.org/10.1016/j.plgene.2019.100193). Das berichtet die Universität beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: Uni Frankfurt beim idw

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Gene für die Biosynthese des Antidepressivums Hypericin in Johanniskraut entdeckt

Die Abbildung zeigt kontrastierende Phänotypen, auf denen die Studie basiert. Abbildung A und C zeigen den Längs- und Querschnitt eines Blütenstempels mit dunklen Drüsenzellen. Grafik: P. Rizzo, IPK

Johanniskraut (Hypericum perforatum) ist eine uralte medizinische Pflanze. Bekannt ist sie für die milde antidepressive Wirkung ihres bioaktiven Stoffes Hypericin, welches in den dunklen Drüsen der Pflanze produziert wird. Forschende des Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) haben in der Johanniskrautblüte Gene identifiziert, welche an der Entwicklung der dunklen Drüsen und der Biosynthese von Hypericin beteiligt sind. Sie publizierten ihre Ergebnisse im Plant Biotechnology Journal (DOI: https://doi.org/10.1111/pbi.13141), schreibt das IPK beim Informatiuonsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: IPK beim idw

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Das 136 Millionen Atom-Modell: Wissenschaftler*innen simulieren Photosynthese

Kugelrund ist das Modell des Chromatophors, für das die Wissenschaftler Rechner mit einer enormen Kapazität nutzten. Die Simulation verhält sich genauso wie ihr Gegenstück in der Natur. Quelle: Christopher Maffeo, University of Illinois

Die Umwandlung von Sonnenlicht in chemische Energie ist für das Leben unerlässlich. In einer der größten Simulationen eines Biosystems weltweit haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler diesen komplexen Prozess an einem Bestandteil eines Bakteriums nachgeahmt – am Computer, Atom um Atom. Dieim Fachjournal Cell veröffetnlichte Arbeit (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.10.021) ist ein wichtiger Schritt zum besseren Verständnis der Photosynthese in einigen biologischen Strukturen. An der internationalen Forschungskooperation unter Leitung der University of Illinois war auch ein Team der Jacobs University Bremen beteiligt.

Quelle: Jacobs University

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Wie sich Blüten an ihre Bestäuber anpassen

3D-Blütenmodell der vogelbestäubten Art Axinaea costaricensis aus den Costa Ricanischen Bergregenwäldern. Aufnahme und (c): Agnes Dellinger, Uni Wien

Evolutionsbiolog*innen haben dreidimensionale Blütenformen von 30 Pflanzenarten einer tropischen Pflanzengruppe (Merianieae) aus den Anden analysiert. Wie sie herausfanden haben sich Blütenformen im Laufe der Evolution modular an die unterschiedlichen Bestäuber angepasst. Das schildern Teams um Agnes Dellinger und Jürg Schönenberger von der Universität Wien im Fachjournal Communications Biology (DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-019-0697-7). Die ersten Blütenpflanzen sind bereits vor mehr als 140 Millionen Jahren entstanden und mit zumindest 300.000 Arten die mit Abstand größte Pflanzengruppe. Die Forschenden halten Modularität für den zugrunde liegenden Mechanismus, dass sich im Laufe der #Evolution Blütenformen und –größen an so unterschiedliche Bestäuber wie etwa Bienen, Fliegen, Schmetterlinge, Kolibris oder Fledermäuse anpassen konnten.

Quelle: Uni Wien

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Forscherinnen modellieren Evolution der C4-Photosynthese

Wie Forscherinnen mit rechnergestützen Modellierungen herausfanden, entstand der C4-Zyklus der Photosynthese im Laufe der Evolution über 62-mal unabhängig voneinander in 19 verschiedenen Pflanzenfamilien. Er führt zu einer verstärkten Photosynthese. Mit Constraint-basierter Modellierung (CBM) kitzelten sie heraus, welche Faktoren zur Entwicklung der C4-Eigenschaft beigetragen haben. Das belegen Dr. Mary-Ann Blätke vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben und  Prof. Dr. Andrea Bräutigam von der Universtät Bielefeld im Fachmagazin eLife (DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.49305). Die Studie zeigt, wie wirkungsvoll CBM für die Erforschung der Evolution komplexer Eigenschaften in Pflanzen ist. Gleichzeitig ebnet die erfolgreiche Analyse des C4-Entwicklungsprozesses den Weg für eine detailliertere Untersuchung der C4-Evolution und des C4-Stoffwechsels, und beleuchtet neue Ziele für die Zucht von C4-Nutzpflanzen, wie beispielsweise Mais.Das meldet das IPK beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: IPK beim idw

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Süßkartoffel warnt ihre Nachbarn bei Befall mit einzigem Duftstoff

Fraßschaden an den Blättern der Süßkartoffel Ipomoea batatas. Foto: Anja Meents, MPI für chemische Ökologie

Ein einzelner, über die Luft verbreiteter Duftstoff kann ausreichen, um in Süßkartoffeln Abwehrmechanismen gegen pflanzenfressende Insekten auszulösen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben diesen Duftstoff nun identifiziert. Im Fachjournal Scientific Reports (DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-53946-0) zeigen sie, dass dieser Mechanismus nicht nur auf die befallene Pflanze begrenzt ist, sondern auch benachbarte, noch nicht befallene Pflanzen wappnen kann. Die Reaktion ist aber nicht bei allen Pflanzensorten zu beobachten, sondern spezifisch. Die Ergebnisse der Forschernden des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena sind für die Züchtung resistenter Süßkartoffelsorten von Interesse.

Quelle: MPI für Chemische Ökologie

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Untermieter-Pilz produziert Wirkstoff der Heilpflanze

Die Tataren-Aster enthält den Arzneistoff Astin nur, wenn sie den produzierenden Pilz Cyanodermella asteris beherbergt. Foto: Christiane Henno

Forschungsteams beschreiben in der kommenden Ausgabe des Fachmagazins PNAS, dass ein Pilz in der Tataren-Aster (Aster tataricus) diejenigen bioaktiven Stoffe bildet, weswegen sie in der traditionellen chinesischen Medizin als Heilpflanze genutzt wird. Dem Wirkstoff Astin werden auch in der Krebsforschung vielversprechende Eigenschaften zugeschrieben. Doch die Astine produziert die Pflanze nicht selbst, wie lange angenommen wurde, sondern sie stammen von einem Pilz, der im Gewebe ihrer Blütenstände lebt. Das haben Dr. Thomas Schafhauser und Professor Wolfgang Wohlleben von der Universität Tübingen gemeinsam mit Dr. Linda Jahn, Professorin Jutta Ludwig-Müller und Professor Karl-Heinz van Pée von der TU Dresden in einem internationalen Team herausgefunden. Dem Team ist es gelungen, den betreffenden Pilz Cyanodermella asteris zu isolieren und unabhängig von der Wirtspflanze in Nährlösung zu kultivieren. Dadurch hat es die Grundlagen für eine bio-technologische Herstellung der Astine in größerem Maßstab gelegt. Die Forschenden gehen davon aus, dass Pilz und Pflanze hier im Sinne einer Symbiose zu beiderseitigem Vorteil zusammenarbeiten und die Pflanze ein Signal zur Herstellung des Astins A gibt oder selbst das Astin aus dem Pilz weiter verarbeitet. Solche über eine Art hinausgehenden Stoffwechselwege, die die Symbiose zwischen zwei oder mehr biologischen Partnern erfordern, seien bisher weitgehend unerforscht.

Quelle: TU Dresden

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Kleine Wälder sind wichtiger als bisher angenommen

Waldfragment bei Sint-Truiden (Belgien), in dem die Ökosystemleistungen untersucht wurden. Foto: Pieter De Frenne, Uni Gent

Wäldchen umgeben von Ackerland haben pro Fläche mehr Nutzen für den Menschen als große Wälder, wie Forschende im Fachmagazin Journal of Applied Ecology (DOI: https://doi.org/10.1111/1365-2664.13537) beschreiben. Auch wenn kleine Wälder, manchmal kleiner als ein Fußballfeld, in der Agrarlandschaft leicht übersehen werden, können sie mehr Kohlenstoff im Oberboden speichern, sind besser für die Jagd geeignet und beherbergen weniger Zecken als große Wälder. An der Studie waren auch Forschende des Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) beteiligt.

Quelle: ZALF

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Gut verpacktes Kupfer schädigt Pflanzen nicht

Kupfer-Ionen gelangen mit Hilfe von Transportproteinen zu den Ethylenrezeptoren am Endoplasmatischen Retikulum. Dort lösen sie verschiedene Reifesignale für die Pflanze aus, bis hin zum Verwelken. Garfik: Claudia Hoppen und Georg Groth, HHU

Ethylen dient Pflanzen zur Steuerung vieler Prozesse, zum Beispiel der Fruchtreifung. Zur Bindung dieses Pflanzenhormons an die im Zellinnern befindlichen Rezeptoren sind Kupfer-Ionen notwendig. Wie die Transportwege des für die Pflanze in isolierter Form eigentlich giftigen Kupfers aussehen, hat die Forschungsgruppe um den Biochemiker Prof. Dr. Georg Groth von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) entschlüsselt und die Ergebnisse nun in der Fachzeitschrift Scientific Reports (DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-47185-6) veröffentlicht. Sie analysierten die an der Beladung der Rezeptoren beteiligten Kupferchaperone sowie die genaue Einbettung der an diesem Prozess beteiligten Kupfertransporter in die Membran. An der Studie war auch ndas Team um Prof. Dr. Andreas Meyer von der Universität Bonn beteiligt.

Quelle: HHU

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Warum Grünkohl erst nach dem ersten Frost schmeckt

Bei kalten Temperaturen wandelt Grünkohl komplexe Kohlenhydrate in den Zellwänden zu kleineren Zuckermolekülen um, die allesamt süß sind und den Grünkohl besser schmecken lassen. Foto: Jacobs University

Erst nach dem ersten Frost beginnt in Norddeutschland die Grühkohlzeit. Warum Grünkohl erst dann schmeckt war bislang wissenschaftlich nicht beantwortet. Die Arbeitsgruppen von Prof. Nikolai Kuhnert von der Jacobs University in Bremen und von Prof. Dirk Albach von der Universität Oldenburg hat sie nun gefunden und in dem Fachjournal Food Research International (DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodres.2019.108727) publiziert. Demnach wandelt die Pflanze bei kalten Temperaturen komplexe Kohlenhydrate der Zellwände zu kleineren Zuckermolekülen um, die allesamt süß sind und den Grünkohl somit besser schmecken lassen. Insbesondere die Zucker Fructose, Melibiose, Maltose und Raffinose wurden in den der Kälte ausgesetzten Pflanzen in erhöhten Konzentrationen gefunden. Grünkohl ändert damit Eigenschaften der Zucker, die den Gefrierpunkt in den Blättern senken.

Quelle: Jacobs University

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Wann Pflanzen blühen

Bei idealer Stickstoffversorgung (ON) blühen Pflanzen bereits sehr früh im Vergleich mit weniger Bodenstickstoff (LN) durch die Bildung des Blühzeitregulators SOC1 in der Sprossspitze (gelber Stern). Bild: V. Wahl, New Phytologist

Neben Licht, Temperatur, Alter und Energiegehalt hat auch der Stickstoffgehalt im Boden Auswirkungen auf den Zeitpunkt der Blütenbildung. Das habern Forschende des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam Golm herausgefunden, im Juli im Fachmagazin New Phytologist beschrieben (DOI: https://doi.org/10.1111/nph.15812) und heute der Öffentlichkeit vorgestellt.

Quelle: MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie

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Wie Pflanzen den Zellwandzucker Apiose herstellen

Pflanzen müssen gleichzeitig robust und biegsam sein. Die dafür verantwortliche Zellwand besteht größtenteils aus Polymeren und Zellulose. Einer dieser Zuckerbausteine ist das verzweigtkettige Monosaccharid Apiose. Forschende des Austrian Centre of Industrial Biotechnology (ACIB) und der TU Graz haben nun im Fachmagazin Nature Catalysis beschrieben (https://www.nature.com/articles/s41929-019-0382-8), wie Apiose von einem einzelnen Enzym namens UAXS (UDP-apiose/UDP-xylose Synthase) hergestellt wird. Das bersichtet das ACIB beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: ACIB beim idw

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Zwei Proteine kontrollieren zyklischen Elektronentransport

Bei der Photosynthese ist der zyklische Elektronfluss von zentraler Bedeutung, allerdings war bislang unklar, welche Bestandteile ihn vom linearen Elektronentransport unterscheiden und wie er genau reguliert wird. Biologen konnten nun erstmals nachweisen, dass die beiden Proteine PGRL1 und PGR5 den zyklischen Elektronentransport in Pflanzen tatsächlich kontrollieren. Die Biologen Marcel Dann und Dario Leister von der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) nutzten Cyanobakterien als Modellsystem für ihren Nachweis, da der zyklische Elektronenfluss in Pflanzen extrem schwer direkt zu messen ist. In diese Bakterien schleusten sie die beiden Pflanzen-Proteine ein und analysierten deren Zusammenspiel. „Unser verändertes Cyanbakterium ist wie ein lebendes Labor, in dem man zyklischen Elektronentransport sehr schnell verändern kann. In Pflanzen würden solche Versuche Jahre dauern,“ sagt Leister. Lösungen im Bakterium lassen sich dann wieder zurück in die Pflanze übertragen. „Das spart nicht nur extrem viel Zeit, sondern ermöglicht Experimente, die in Pflanzen gar nicht möglich sind“, freut sich Leister. Die beiden veröffentliuchten ihre Ergebnisse im Fachjournal Nature Communications (https://www.nature.com/articles/s41467-019-13223-0).

Quelle: LMU

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Wärmere Winter erhöhen das Risiko für Frostschäden im deutschen Apfelanbau

Der Klimawandel beeinflusst die Vegetationsperioden im deutschen Apfelanbau mit teils unerwarteten Folgen. Das hat ein Forschungsteam der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und von Climate Analytics nachgewiesen. „Bereits heute lässt sich beobachten, dass Apfelbäume oftmals früher blühen als noch vor zwanzig Jahren. Dadurch kann es häufiger zu Frostschäden nach der Blüte kommen, obwohl die Anzahl an Frosttagen mit der globalen Erwärmung insgesamt abnimmt“, erklärt der Hauptautor der Studie Peter Pfleiderer. Derartige Risiken werden sich in Zukunft verstärken, so das Ergebnis der simulierten Klimaszenarien der Klimaphysiker*innen der HU, die heute im Fachmagazin Climatic Change (DOI: https://doi.org/10.1007/s10584-019-02570-y) erschienen ist.

Quelle: HU Berlin

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Pflanzen “riechen” die Sexuallockstoffe eines Schadinsekts - das triggert ihre Abwehr

Die Waldkiefer bereitet sich auf einen drohenden Insektenbefall vor, wenn sie die Sexualpheromone der Blattwespe wahrnimmt. Bild: Bernd Wannenmacher, FU Berlin

Eine bisher unbekannte Verteidigungsstrategie von Pflanzen gegen eine sehr frühe Phase von Insektenbefall hat ein internationales Forschungsteam im Fachmagazin PNAS (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1910991116) beschrieben. Unter der Leitung von Prof. Dr. Monika Hilker vom Institut für Biologie der Freien Universität Berlin zeigte das internationale Team, dass Waldkiefern einen drohenden Insektenbefall „riechen“, wenn sie die Sexualpheromone des Insekts wahrnehmen. Pheromon-exponierte Bäume können rund 50 Prozent mehr der Eier des Insekts abtöten als Bäume, die dem Pheromon nicht ausgesetzt waren. Die Studien des Sonderforschungsbereichs (SFB) 973, der von Monika Hilker geleitet wird, fokussieren auf die Frage, wie Pflanzen – als Organismen ohne Nervensystem – Alarmsignale aus der Umwelt wahrnehmen und sich daraufhin besser auf bevorstehenden Stress vorbereiten.

Quelle: FU Berlin

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Selbsthemmende Gene machen neue Blatt-Formen möglich

Mikroskopie-Bild eines jungen Blattes des Behaarten Schaumkrauts mit entstehenden Nebenblättern (Zellumrisse: grau). Das hier in roter Farbe dargestellte RCO-Protein ist an den Stellen aktiv, an denen neue Nebenblätter entstehen. Dort verringert es das Zellwachstum, so dass die Nebenblätter voneinander getrennt bleiben. Aufnahme und (c): Neha Bhatia und Peter Huijser

Für die Evolution sind Gene besonders wichtig, die die Entwicklung eines Lebewesens von der Eizelle bis zum ausgewachsenen Organismus steuern. Veränderungen dieser Gene führen bei Pflanzen und Tieren häufig zu einem neuen Erscheinungsbild. Da Entwicklungsgene jedoch meist mehrere Vorgänge beeinflussen, bergen Mutationen das Risiko von "Kollateralschäden". Forschende des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln haben nun herausgefunden, dass Gene die potenziellen Nebenwirkungen einer Mutation reduzieren, indem sie sich selbst hemmen. Auf diese Weise können neue Formen entstehen, berichtet das Team um Prof. Dr. Miltos Tsiantis im Fachmagazin Current Biology (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.10.040).

Quelle: MPI für Pflanzenzüchtungsforschung

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Lebende Baum-Brücken für klimafreundliche Städte

Dichte, feuchte Laubwälder, durch den Monsun anschwellende Flüsse und tiefe Schluchten – im indischen Staat Meghalaya vermodern Holzbrücken leicht oder werden von den Fluten weggerissen. Auch Brücken aus Stahl und Beton kommen hier an ihre Grenzen. Brücken aus lebendenden Baumwurzeln überdauern hingegen Jahrhunderte. Prof. Ferdinand Ludwig von der Technischen Universität München (TUM) hat diese besonderen Bauwerke untersucht und schlägt vor, die spezielle Bautechnik in die moderne Architektur zu integrieren, wie er im Fachmagazin Scientific Reports beschreibt (DOI: 10.1038/s41598-019-48652-w).

Quelle: TUM

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Knappes CO2 begünstigt Wasserpflanzen

Ohne Kohlenstoff kein Leben. Im Kohlendioxid (CO2) der Luft gibt’s davon reichlich, in Seen ist er hingegen knapp. Viele Süßwasserpflanzen können Kohlenstoff allerdings aus Hydrogenkarbonat gewinnen. Diese Arten werden immer mehr, weil u.a. durch Entwaldung oder Überdüngung die Nährstoffe in Seen zunehmen. Das fand ein internationales Forscherteam unter Beteiligung des Umweltwissenschaftlers Dr. Sebastian Birk von der Universität Duisburg-Essen (UDE) heraus. Nachzulesen sind die Ergebnisse in der Fachzeitschrift Science der vergangenen Woche (DOI: 10.1126/SCIENCE.AAY5945).

Quelle: UDE

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Wie Pflanzen Stress verarbeiten

In der Jochalge Zygnema circumcarinatum fand das Forschungsteam ein Gen, das bei der Stressbewältigung eine Rolle spielen könnte. Foto: Uni Göttingen

Umweltfaktoren wie Trockenheit oder ein hoher Salzgehalt im Boden stören die Physiologie der Pflanzen, sie haben dann Stress. Alle Landpflanzen, vom Lebermoos bis zum Roggen, nutzen unter Stressbedingungen eine komplexe Signalkaskade. Welche Rolle ein bestimmtes Gen für den Rezeptor in dieser Signalkaskade spielt, hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Hebrew University of Jerusalem und mit Beteiligung der Universität Göttingen untersucht und im Fachmagazin PNAS (DOI: https://doi.org/ 10.1073/pnas.1914480116) vorgestellt. Koautor Prof. Dr. Jan de Vries vom Institut für Mikrobiologie und Genetik der Universität Göttingen sagt: „Wir konnten zeigen, dass die nächsten Algenverwandten der Landpflanzen, die fädigen Jochalgen, ein komplettes Set an Genen haben, welches jenem Set, das Landpflanzen für die Wahrnehmung der Abscisinsäure nutzen, stark ähnelt.“ Die Wahrnehmung des Stresshormons hat einen hormon-unabhängigen Ursprung in den Algen.

Quelle: Uni Göttingen

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Horizontaler Gentransfer von Bakterien half Pflanzen das Land zu erobern

Die sequenzierten Genome zweier Zieralgen brachten drei erstaunliche Ergebnisse zutage: Die Alge Spirogloea muscicola bildet nicht nur eine neue Unterklasse (Spirogloeophycidae) innerhalb der Zierlagen, sondern entpuppte sich auch die nächste lebende Verwandte von Landpflanzen, wie z.B. Moose, Farne oder Samenpflanzen. Die Genome dieser und einer weiteren terrestrisch lebenden Zieralge hielten noch noch eine weitere Überraschung bereit. „Wir fanden nicht nur Gene, die sonst nur bei Landpflanzen vorkommen, sondern konnten für zwei Genfamilien nachweisen, dass sie von Bodenbakterien durch horizontalen Gentransfer in die Algen gelangten“, erklärt Prof. Dr. Michael Melkonian von der Universität Duisbur-Essen (UDE). Diese Gene spielen heute eine wichtige Rolle bei der Antwort von Pflanzen auf Trockenstress. Das internationale Team von Wissenschaftlern unter Leitung von Prof. Melkonian veröffentlichte seine Ergebnisse im Fachmagazin Cell (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.10.019).

Quelle: UDE

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REDD+ Regenwaldschutz mit gegenteiligem Effekt

Brasilien wandelt Naturwald in landwirtschaftliche Subsistenzflächen um. Foto: Bild: M. Köhl, Uni Hamburg

Wenn Staaten weniger Regenwald abholzen, wird dies von den Vereinten Nationen finanziell belohnt. Die Länder müssen dabei selbst belegen, wie viel Wald erhalten wurde. Die Kosten für diesen Nachweis können jedoch höher sein als die zu erwartenden Bonuszahlungen. Gleichzeitig werden Länder benachteiligt, die ihre Naturwälder schon lange schützen. Dies zeigt Prof. Dr. Michael Köhl von der Universität Hamburg in einer aktuellen Studie im Fachjournal Environmental Economics.

Quelle: Uni Hamburg

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Domestizierung der Gattung Erythroxylum

Die Gattung Erythroxylum ist vor allem für ihre Verwendung in Coca-Cola oder als Kokain bekannt. Foto und Grafik: D’Auria, Schmidt & Chavez, IPK

Eine interdisziplinäre Übersichtsarbeit beleuchtet die Domestizierungsgeschichte der Pflanzengattung Erythroxylum und untersucht zahlreiche mögliche positive Anwendungsgebiete von Erythroxylum, etwa als Arzneimittel. Die Überblicksarbeit veröffentlichten Wissenschaftler*innen um Dr. John D’Auria vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Zusammenarbeit mit Kolumbianischen Forschenden in der Zeitschrift Molecules (DOI: https://doi.org/10.3390/molecules24203788). Sie hoffen, durch die Beleuchtung der vielen – positiven – potentiellen Anwendungsgebiete von Erythroxylum-Arten einen neuen Dialog über die kontroverse Gattung anzustoßen.

Quelle: IPK (pdf)

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Auch Stickstoff-Eintrag lässt Algen blühen

Die massenhafte Vermehrung der Algen lässt sich an der starken Grünfärbung der Jagst erkennen, die am 2. September 2015 durch einen Unfall in diesen Zufluss des Neckars gelangten. Foto: Julia Kleinteich, Uni Tübingen

Beim Brand einer Mühle im baden-württembergischen Lobenhausen gelangten im August 2015 größere Mengen mit Kunstdünger verunreinigten Löschwassers in die Jagst. Dadurch verendeten Tausende von Fischen. Gleichzeitig bewirkte die in den Düngemitteln enthaltene Stickstoffverbindung Ammoniumnitrat eine massenhafte Vermehrung der Algen, die nun im Detail hinsichtlich der Menge wie auch der Zusammensetzung des Mikroplanktons untersucht wurde. Die Forschenden setzten dabei Methoden der genetischen Hochdurchsatzsequenzierung ein, um die Arten und relative Individuenzahlen zu bestimmen. Insgesamt habe der Dünger die Menge des pflanzlichen Planktons deutlich gesteigert. „Die Jagst war von vornherein ein sehr nährstoffreiches Gewässer. Wir hatten nicht erwartet, dass zusätzliche Nährstoffe aus den Düngemitteln das Algenwachstum so stark fördern“, erklärt Julia Kleinteich, Wissenschaftlerin im Team um Professorin Christiane Zarfl vom Zentrum für Angewandte Geowissenschaften der Universität Tübingen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie im Fachjournal Limnology and Oceanography (DOI: doi.org/10.1002/lno.11352). „Der Jagstunfall, bei dem nur zusätzlicher Stickstoff, nicht aber Phosphor ins Wasser gelangte, macht deutlich, dass möglicherweise auch der Stickstoffeintrag begrenzt werden muss, um problematische Algenblüten zu vermeiden“, folgert Kleinteich.

Quelle: Uni Tübingen

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Wie Glycolat aus Algenblüten abgebaut wird und den weltweiten Kohlenstoff-Kreislauf beeinflusst

Auf Satellitenbildern wirken die Algenteppiche mit ihren hellen Schlieren wie Kunstwerke. Allein in der etwa 70.000 Quadratkilometer umfassenden Deutschen Bucht entstehen bei der Algenblüte im Frühjahr etwa zehn Millionen Tonnen Biomasse. Bild und ©: NASA

Mikrobiologinnen und -biologen haben einen vor 56 Jahren beschriebenen Stoffwechselweg, den β-Hydroxyaspartat-Zyklus, wiederentdeckt, der eine wichtige Rolle beim mikrobiellen Abbau der Algenbiomasse im Ozean spielt. In diesem wird Glycolsäure verstoffwechselt, das als direktes Nebenprodukt der Photosynthese im Phytoplankton entsteht. Die Aufklärung der genauen Abläufe auf molekularer Ebene bis hin zum Nachweis der weltweiten Verbreitung liefern wertvolle Informationen für künftige Berechnungen der Kohlendioxid-Bilanz der Weltmeere. Ihre Publikation veröffentlichten die Forschenden der Max-Planck-Institute für terrestrische Mikrobiologie in Marburg und für marine Mikrobiologie in Bremen (MPI Bremen) im Fachjournal Nature (DOI 10.1038/s41586-019-1748-4). Das MPI bietet auf seiner Website auch ein Erklärvideo an.

Quelle: MPI Bremen

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Was uns hindert Naturschutz-Forschung in der Praxis anzuwenden

Naturschutzwissenschaftler*innen fordern ein stärkeres Engagement in der Zusammenarbeit von Wissenschaft und Gesellschaft, wie beispielsweise in Umweltbildungs- und Trainingsprogrammen. Foto und (c): Bea Maas, Uni Wien

Eine Million Arten sind vom Aussterben bedroht, viele davon bereits in den nächsten Jahrzehnten. Das sind mehr als jemals zuvor gemessen. Dieser beispiellose Verlust der Artenvielfalt gefährdet wertvolle Ökosysteme und das menschliche Wohlergehen. Doch was hindert uns daran, Erkenntnisse aus der Naturschutzforschung in die Praxis umzusetzen? Zu diesem Thema hat die Fachzeitschrift Biological Conservation eine Sammlung von 14 Beiträgen veröffentlicht. Ein Team um Bea Maas vom Department für Botanik und Biodiversitätsforschung der Universität Wien zeigt im Leitartikel (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006320719315708), warum fachübergreifende Zusammenarbeit entscheidend für den Schutz der globalen Artenvielfalt ist.

Quelle: Uni Wien

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Kohlenstoffbilanz im tropischen Regenwald des Amazonas

Durch die Verknüpfung des Waldmodells FORMIND mit Daten des Satelliten ICESat wurde eine detaillierte Biomassenkarte erstellt. Rot eingefärbte Regionen zeigen Gebiete mit besonders viel Biomasse. Grafik: Rödig et al., UFZ, Global Ecol Biogeogr. 2017

Die Regenwälder der Erde binden große Mengen an Kohlenstoff in ihrer Biomasse und sind damit eine entscheidende Kohlenstoffsenke. Aktuelle Schätzungen, wie viel Kohlenstoffdioxid in den tropischen Regenwäldern des Amazonasgebiets gebunden ist, gehen aber weit auseinander. Wissenschaftler*innen am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich mithilfe von neuesten Satellitendaten sehr viel genauer als bislang die Biomasse in den Regenwäldern abschätzen lässt. Damit lassen sich die Folgen von Dürren und Waldbränden für das Amazonasgebiet exakter beschreiben als zuvor, schreiben sie in der Fachzeitschrift Nature Communications (DOI: https://www.nature.com/articles/s41467-019-13063-y).

Quelle: UFZ

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Beitrag der Küsten zum Klimawandel womöglich unterschätzt

Permafrostküsten machen etwa ein Drittel der gesamten Küstenlinie der Erde aus. Infolge des beschleunigten Klimawandels tauen weitläufige Küstenabschnitte auf und erodieren in den Arktischen Ozean. Eine neue Studie, die in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlicht wurde, zeigt nun, dass entlang dieser erodierenden Permafrostküsten in der Arktis große Mengen an Kohlendioxid entstehen könnten. Die Forschenden des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) und vom Deutschen GeoForschungsZentrum (GFZ) stellen ihre Ergebnisse im Fachjournal Geophysical Research Letter for (DOI: https://doi.org/10.1029/2019GL084303).

Quelle: GFZ

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Wie umweltverträglichere Palmöl-Produktion gelingt

Aus den Früchten gewonnenes Palmöl macht einen beträchtlichen Teil des Bruttoinlandsprodukts vieler tropischer Länder aus. Foto: Patrick Diaz

Weniger Dünger, kein Herbizid, aber gleichbleibender Gewinn – so kann eine umweltfreundlichere Palmölproduktion aussehen. Diese ermutigende Aussage ist das vorläufige Ergebnis eines groß angelegten Ölpalm-Experiments eines internationalen Forscherteams unter der Leitung der Universität Göttingen. Die Ergebnisse publizierten sie in der Fachzeitschrift Frontiers in Forests and Global Change (DOI: https://doi.org/10.3389/ffgc.2019.00065).

Quelle: Uni Göttingen

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Sinkende Erträge und steigende Arsenbelastung gefährden die Versorgung mit Reis

Eva Marie Muehe entfernt Reiskörner von den Halmen, um den Ertrag, den Arsengehalt und die Nährstoffgehalte zu bestimmen. Foto: Kurt Hickman

Durch die Klimaerwärmung könnte die Reisernte weltweit deutlich geringer ausfallen als bisher angenommen. Der Reis könnte zudem deutlich über die heutigen EU-Grenzwerte hinaus mit dem giftigen Halbmetall Arsen belastet sein. Zu diesem Schluss kommt ein internationales Forschungsteam an den Universitäten Stanford, Tübingen und Bayreuth unter der Leitung von Dr. Eva Marie Muehe, Forscherin an den Universitäten Stanford und Tübingen. Den Szenarien des Forschungsteams zufolge könnte die Reisproduktion bis zum Ende dieses Jahrhunderts um bis zu 40 Prozent zurückgehen. Die Studie wurde im Fachmagazin Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-12946-4) veröffentlicht.

Quelle: Uni Tübingen

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Bakterielle Arsen-Kanalproteine sind Vorläufer effizienter Bor-Transporter in Pflanzen

Annett Bieber kultiviert Escherichia coli Bakterien zur Amplifizierung bakterieller Arsen-Kanalprotein kodierender Gene. Foto: J. Himpe, IPK Gatersleben

„Nodulin26-like-intrinsic-proteins” (NIPs) sind essenziell für den Transport der Halbmetalle Silizium und Bor in Pflanzen. Ihre funktionelle Herkunft war bisher unbekannt. Ein internationales Team hat nun entdeckt, dass pflanzliche NIPs von einem bakteriellen Arsen-Kanalprotein abstammen, welches durch horizontalen Gentransfer in Pflanzen gelangte. Bakterielle AqpN Gene, die Vorläufer pflanzlicher Silizium- und Bor-Transportproteine, sind und waren vermutlich an der bakteriellen Arsen Entgiftungsmaschinerie beteiligt. Im Laufe der Evolution von modernen Samenpflanzen kam es zu einer Funktionsänderung, dem Transport von essenziellen und förderlichen Halbmetallen. Das berichten die Forschenden, darunter Pflanzenwissenschaftler*innen aus dem Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben im Fachjournal New Phytologist (DOI: https://doi.org/10.1111/nph.16217), wie das IPK beim Informationsdienst Wissenschaft (idw) bekannt gibt.

Quelle: IPK

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Parasit manipuliert Algenstoffwechsel für eigene Ausbreitung

Gesunde (links) und infizierte (rechts) Kieselalge Coscinodiscus granii: Der parasitische Eipilz Lagenisma coscinodisci hat in der rechten Zelle alle Nährstoffe ausgesaugt und das Algenmetabolom moduliert, um seine eigene Fortpflanzungsform, das Sporangium, zu bilden. Aufnahme: Marine Vallet, MPIEC

Immer wieder kann es in Ozeanen zu einer Massenvermehrung von Algen kommen. Dadurch werden viele andere Lebewesen anlockt, die manchmal das Ende der gesamten Algenpopulation herbeiführen können. Der zugrundeliegende Mechanismus war jedoch bislang unbekannt. Forscherinnen und Forscher des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie (MPIEC) und der Universitäten in Jena und Frankfurt zeigen in einer neuen Publikation in Nature Communications (https://www.nature.com/articles/s41467-019-12908-w), dass ein krankheitserregender Pilz den Stoffwechsel einzelliger Algen für eigene Zwecke verändert: Es werden kleine bioaktive Stoffe gebildet, die der Pilz für seine eigene Ausbreitung nutzt, während die Vermehrung der Algen verhindert wird und der Algenteppich schließlich schrumpft und stirbt.

Quelle: MPIEC

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Moose verraten Ötzis letzte Reiseroute

Die Fundstelle von Ötzi auf dem Tisenjoch mit einem Denkmal für die Eismumie, Blick Richtung Süden. Foto: Jim Dickson

Welche Route wählte der „Mann aus dem Eis“ vor 5300 Jahren bei seinem Aufstieg in die Ötztaler Alpen? Dazu gab und gibt es unterschiedliche Theorien. Forschende der Universität Innsbruck haben nun die aus den Sedimenten des Fundortes, aber auch aus der Kleidung und dem Magen-Darm-Inhalt der Ötzi genannten Gletschermumie isolierten Moose analysiert und ihre Ergebnisse im Fachmagazin PLOS One (DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0223752) veröffentlicht. Die Archäobotaniker*innen konnten 75 verschiedene Moose, darunter mindestens 10 Lebermoose, identifizieren. Heute wachsen an der Fundstelle 21 verschiedene Moosarten. Aus Herkunft und lokalen Präferenzen leiten die Forschenden ab, dass Ötzi eine südliche Route wählte und über die Schlucht am Eingang des Südtiroler Schnalstals aufstieg.

Quelle: Uni Innsbruck

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Ursachen für Insektenrückgang auf Landschaftebene

Vom Artenschwund betroffen sind vor allem Wiesen in der Nähe von stark landwirtschaftlich genutzten Flächen. Foto: Dr. Ulrike Garbe, LfU Brandenburg

Die Ursachen für das beobachtete Insektensterben und den Artenschwund sind auf Landschaftsebene zu finden. Auf vielen Flächen tummeln sich heute etwa ein Drittel weniger Insektenarten als noch vor einem Jahrzehnt. Dies geht aus einer Untersuchung eines von der Technischen Universität München (TUM) angeführten internationalen Forschungsteams hervor. Vom Artenschwund betroffen sind vor allem Wiesen, die sich in einer stark landwirtschaftlich genutzten Umgebung befinden – aber auch Wald- und Schutzgebiete, berichten die Forschenden im Fachmagazin Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-019-1684-3). Die Studie wurde in einem deutschlandweiten Verbundprojekt, den Biodiversitäts-Exploratorien, durchgeführt. Die offene Forschungsplattform wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert. Beteiligt waren Ökolog*innen der Universitäten Bern, Darmstadt, Düzce (Türkei), Freiburg, Göttingen, Marburg, Salzburg, TU München und Würzburg sowie des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena und die Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL (Birmensdorf, Schweiz).

Quelle: TUM

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Bakterienbrand-resistente Reissorten und neuer Diagnose-Kit

Reis-Terrassen in Sapa, Vietnam: Reis ist die weltweit wichtigste Nahrungspflanze, die vor allem für die Ernährung in Asien und Afrika eine überlebenswichtige Rolle spielt. Foto: Sarah M. Schmidt, HHU

Das Healthy-Crops-Forschungskonsortium (http://www.healthycrops.org) entwickelt Werkzeuge, um Bakterienbrand von Reis zu bekämpfen. In der jüngsten Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Biotechnology veröffentlichen das von Humboldt-Professor Wolf B. Frommer an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) geleitete Team zwei Studien (DOI: https://doi.org/10.1038/s41587-019-0268-y und  https://doi.org/10.1038/s41587-019-0268-y), in denen sie sowohl neue, multiresistente Reissorten vorstellen als auch ein Diagnose-Kit, um neue Varianten des Krankheitserregers zu erkennen. Dieses Kit wurde speziell für Kleinbauern in Südasien und Afrika entwickelt.

Quelle: HHU

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Meeresalgen verdauen PET-Plastik mittels Bakterienenzym

Unterm Mikroskop schaut sie unscheinbar aus, die Kieselalge Phaeodactylum tricornutum; versehen mit einem Bakterienenzym, vermag sie auch zum Abbau von Plastik beizutragen. Foto: Rabea Meyberg, Uni Marburg

Ein Bakterienenzym versetzt Mikroalgen in die Lage, Plastikmüll im Salzwasser abzubauen. Das haben Marburger Zellbiologinnen und -biologen herausgefunden, indem sie Bakteriengene übertrugen und damit eine Kieselalge mit dem Enzym PETase versahen, das PET-Kunststoff abbaut. Das Team um den Marburger Nachwuchsgruppenleiter Dr. Daniel Moog veröffentlichte die Ergebnisse in der Fachzeitschrift Microbial Cell Factories (DOI: https://doi.org/10.1186/s12934-019-1220-z). Die Autorinnen und Autoren prüften, ob das abgesonderte Enzym tatsächlich PET und einen verwandten Kunststoff abbaut. Sie kultivierten zu diesem Zweck die Algen in Gefäßen, die zerkleinertes Plastik enthielten. Die Gruppe stellte fest, dass das Material Furchen und Löcher aufweist, wenn es dem Enzym ausgesetzt ist, das die Algen absondern; zurück bleiben harmlose Abbauprodukte.

Quelle: Uni Marburg

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Lichtschutz nach Art der Kieselalge

Bei starker Sonneneinstrahlung werden in der inneren Chloroplastenmembran die lichtabsorbierenden Antennen (braun) physisch von den Photosystemen (grün) abgekoppelt, um die Photosysteme vor Energieüberschuss zu schützen. Bild: Jochen Buck

Mal zu viel Sonne, mal zu wenig Licht: Kieselalgen (Diatomeen) sind in der Natur oft stark schwankenden Lichteinstrahlungen ausgesetzt. Mit einer raffinierten Technik gelingt es ihnen, überschüssige Energie bei viel Sonnenschein als Wärme abzuführen und bei schwacher Sonneneinstrahlung dennoch genügend Licht für die Photosynthese zu sammeln. Wie es den Kieselalgen gelingt, selbst gravierende Lichtschwankungen auszugleichen, konnten Biologinnen und Biologen der Universität Konstanz um Dr. Bernard Lepetit und Jochen Buck in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Peter Kroth in einer Experimentreihe nachweisen. Die Forschung fand in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Paul Falkowski an der Rutgers University (New Jersey, USA) statt und wurden im September 2019 im Wissenschaftsjournal Nature Communications (https://www.nature.com/articles/s41467-019-12043-6) veröffentlicht, wie die Uni heute mitteilt.

Quelle: Uni Konstanz

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Über den Ursprung der Artenvielfalt im Pflanzenreich

Vielfalt: Grünalge Lacunastrum gracillimum, weibliche Zapfen eines Nacktsamers, Gnetum gnemon, and Kirschblüte, Prunus domestica (v.l.). Foto: Michael Melkonian and Walter S. Judd

Mehr als 500.000 Pflanzenarten gibt es auf der Welt. Sie alle haben einen gemeinsamen Vorfahren. Wie sich aus einer einzigen Art diese enorme Vielfalt entwickeln konnte, hat ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung

In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature (https://www.nature.com/articles/s41586-019-1693-2) präsentieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Ergebnisse eines weltweit einmaligen Projekts zur Evolution der Pflanzen. Hierfür haben sie 1.147 Pflanzenarten genetisch analysiert und so den bis heute umfangreichsten Stammbaum der Grünen Pflanzen erstellt. "Die Entstehung und Entwicklung der einzelnen Spezies liegt teils mehrere Hundert Millionen Jahre zurück. Dennoch haben wir heute die Möglichkeit zurückzublicken und zu schauen, was damals passiert ist", sagt der Pflanzenwissenschaftler Prof. Dr. Marcel Quint vom Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften der MLU.

Quelle: MLU

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Zunehmende Waldbrände gefährden Fichten und Tannen in Südosteuropa

Studiengebiet im Rila-Gebirge in Südwest-Bulgarien – heute gibt es hier noch viele Fichten und Weißtannen. Foto und (c): Spassimir Tonkov

Fichten und Weißtannen brennen bei Waldbränden lichterloh und brauchen danach lange, um im Waldbrandgebiet wieder nachzuwachsen. Der Klimawandel bringt in Europa aber vielerorts ein deutlich höheres Feuerrisiko mit sich. Fichten und Weißtannen dürften es daher schwer haben, sich dort zu regenerieren, wo es häufiger und intensiver brennt. Ihren Platz könnten zunehmend Pionierarten wie Birken und Erlen einnehmen, die von häufigeren Feuern profitieren. Das geht aus einer Studie von Wissenschaftler*innen der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung und der Goethe-Universität Frankfurt hervor, die im Fachmagazin European Journal of Forest Research (DOI: https://doi.org/10.1007/s10342-019-01223-0) erschienen ist.

Quelle: Senckenberg

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Frühe Wachstumsphase von Raps entschlüsselt

Hochdurchsatz-Bildanalyse. Abbildung und Fotos: IPK

Das frühe Wachstum von Rapspflanzen wird von mehreren Gen-Loci gesteuert, welche jeweils in verschiedenen kurzen Phasen aktiv sind. Das zeigen Forschende vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben in Zusammenarbeit mit der Justus-Liebig-Universität Gießen und den Pflanzenzuchtunternehmen NPZ und DSV in der Fachzeitschrift Plant Biotechnology Journal (DOI: https://doi.org/10.1111/pbi.13171). Dazu hatten sie die Beziehungen zwischen Erbmaterial und Merkmalsausprägung in Raps mit hoher zeitlicher Auflösung untersucht und dafür die Hoch-Durchsatz-Phänotypisierung von 477 Rapslinien in Kombination mit Kenntnissen zur Variation ihrer Erbanlagen verwendet. Das meldet das IPK heute beim Informationsdienst Wissenschaft (idw) über eine im Mai veröffentlichte Open Access Studie.

Quelle: IPK beim idw

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Wälder auf dem Radar

Mittels Radar lässt sich die Artenvielfalt in Wäldern erheben. Das Bild zeigt einen komplexen Bergmischwald. Grafik: Nationalpark Bayerischer Wald

Mit frei verfügbaren Radardaten von Satelliten lässt sich die Biodiversität in Wäldern sehr gut analysieren. Sogar kleinste Insekten können damit zuverlässig erfasst werden, berichten Forschende der Universität Würzburg im Fachjournal Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-12737-x).

Quelle: Uni Würzburg

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Permafrostregion setzt mehr und mehr CO2 frei

Messstation auf “Samoylov Island” im zentralen Lena-Delta in Sibirien. Foto: Torsten Sachs, GFZ

Eine große Überblicksstudie erfasst die arktischen Kohlendioxid-Emissionen aus mehr als 100 Messstationen. Das Deutsche GeoForschungsZentrum GFZ ist mit einer Station im sibirischen Lena-Delta beteiligt. Der Studie in Nature Climate Change (https://www.nature.com/articles/s41558-019-0604-8) zufolge übersteigen die winterlichen Emissionen bereits heute schon die Kohlenstoffaufnahme während der Vegetationsperiode.Das meldet das GFZ beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: GFZ beim idw

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Bonner Forschende kritisieren Studie zu Wiederaufforstung und Klimawandel

Große Säugetiere sorgen dafür, dass sich in Savannen natürlicherweise nur ein sehr lockerer Waldbestand ausbildet. In der Simulation wird das Wiederaufforstungs-Potenzial derartiger Gebiete überbewertet. Foto: Eike Luedeling, Uni Bonn

Anfang Juli machte eine Studie in der Fachzeitschrift Science weltweit Schlagzeilen: Die Erde könnte demnach 4,4 Milliarden Hektar Wald tragen, 900 Millionen mehr als heute. Durch Wiederaufforstung ließen sich daher 205 Gigatonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen und der Klimawandel effektiv bremsen. Wissenschaftler*innen der Universität Bonn sowie von World Agroforestry halten diese Zahlen für weit übertrieben: Ihnen zufolge basieren sie auf stark vereinfachten oder fragwürdigen Annahmen. Ihre Replik erscheint am 18. Oktober ebenfalls in der Zeitschrift Science (DOI: https://dx.doi.org/10.1126/science.aay7988).

Quelle: Uni Bonn

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Artenvielfalt verändert sich im Wasser stärker als an Land

An vielen Orten auf der ganzen Welt finden rasante Veränderungen der Biodiversität statt. Doch nicht überall ändert sich die Artenvielfalt gleich. Eine neue Studie im Fachmagazin Science (DOI: https://doi.org/10.1126/science.aaw1620) zeigt, dass sich die Zusammensetzung der Arten in marinen Ökosystemen stärker verändert als an Land. Geleitet wurde die Untersuchung vom Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig, der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) sowie der Universität von St. Andreas in Schottland.

Quelle: Uni Halle

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„Rauchmelder“ in Pflanzen steuert auch das Wachstum von Wurzelhaaren

Prof. Dr. Caroline Gutjahr mit Keimlingen der Ackerschmalwand (Arabidopsis). Foto: Andreas Battenberg / TUM

Pflanzenwurzeln können vieles: Sie wachsen in die Länge, um an Wasser zu kommen, sie können sich biegen, um Steinen auszuweichen und sie bilden feine Wurzelhaare aus, um mehr Nährstoffe aus dem Boden aufnehmen zu können. Ein Forschungsteam hat nun die Funktionsweise eines wichtigen Regulators dieser Maschinerie aufgeklärt und in der Fachzeitschrift PLOS Genetics (DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008327) veröffentlicht. Das KAI2 genannte Rezeptorprotein kann bestimmte Moleküle „riechen“, die beim Verbrennen von Pflanzenmaterial entstehen, und setzt anschließend eine Signalkaskade in Gang, die zum Keimen des Samens führt. Ein von Caroline Gutjahr, Professorin für Pflanzengenetik an der School of Life Sciences Weihenstephan der Technischen Universität München (TUM), angeführtes Forschungsteam fand nun heraus, dass es auch bei der Regulierung des Wachstums von Wurzeln eine wichtige Rolle spielt.

Quelle: TUM

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Artenvielfalt nutzt der Landwirtschaft

Eine mit Pollen beladene Hosenbiene an einer Wegwarte: Zahlreiche Bienenarten tragen zur Bestäubung in Agrarlandschaften bei. Foto: Ingolf Steffan-Dewenter, Uni Würzburg

Rund 20 Prozent der Agrarflächen weltweit bringen heute weniger Erträge als vor 20 Jahren. Schuld daran sei der Mensch, so die Welternährungsorganisation FAO: Er habe nicht genug für den Schutz des Artenreichtums getan. Der Mensch müsse für eine möglichst große Biodiversität sorgen, um sich die Gratis-Dienstleistungen der Natur nachhaltig zu sichern. Es genüge nicht, auf einige wenige Arten als Bestäuber oder Schädlingsbekämpfer zu vertrauen. Dieses Fazit zieht nun auch ein internationales Forschungsteam im Fachmagazin Science Advances (DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aax0121). Die mehr als 100 beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben 89 Studien ausgewertet, in denen der Zusammenhang zwischen Landnutzung, Biodiversität und den Gratis-Dienstleistungen der Ökosysteme erforscht wurde. Die Studien fanden an fast 1500 Standorten weltweit statt. Durchgeführt wurde diese Meta-Studie federführend von Matteo Dainese (jetzt Eurac Research, Bozen), Emily Martin und Ingolf Steffan-Dewenter vom Biozentrum der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg.

Quelle: JMU Würzburg

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Klimaschutz: Mehr Wald – weniger Fleisch

Ein Vergrößern der Wälder kann wesentlich dazu beitragen, das Pariser Klimaziel zu erreichen – konkurriert allerdings mit der Landwirtschaft um Fläche. Foto: Sam Rabin, KIT

Wald schützt das Klima. So kann Aufforstung wesentlich dazu beitragen, die Erderwärmung gemäß dem Abkommen von Paris zu begrenzen. Welche Bedingungen dazu in Europa erfüllt sein müssen, haben Forscherinnen und Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) anhand von Simulationen untersucht. Wie die nun in der Fachzeitschrift Environmental Research Letters (DOI: https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab3744) publizierte Studie zeigt, erfordert die ausreichende Vergrößerung der Waldflächen eine Umstellung der Lebensmittelsystems, besonders die Verminderung des Fleischkonsums.

Quelle: KIT

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Blasentang zeigt gekoppelte Reaktionen auf Umweltveränderungen

Gesunder Blasentang. Foto: Uli Kunz

Mehr kurzzeitige Hitzewellen, langfristig Erwärmung und Versauerung, zunehmende Überdüngung und Sauerstoffarmut – marine Ökosysteme sind vielfältigen Veränderungen ausgesetzt. Ebenso vielfältig sind die Reaktionen der im Meer lebenden Organismen auf einzelne dieser Faktoren. Biologinnen und Biologen des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel konnten jetzt erstmals bei einer Großalge nachweisen, dass ihre Antwort auf unterschiedliche Umweltveränderungen positiv und negativ gekoppelt sein können – was zu einer Beschleunigung oder Ausbremsung ihrer Anpassung führt. Die Studie ist jetzt in der Fachzeitschrift Scientific Reports (DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-51099-8) erschienen.

Quelle: GEOMAR

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Flechten: Teamwork macht den Unterschied

Gewöhnliche Bartflechte (Usnea dasopoga) aus den Bayerischen Alpen. Foto: A. Beck, SNSB-BSM

Flechten leisten im Verborgenen oft Erstaunliches: Sie produzieren unter anderem Stoffe, die für die Pharmazie von großem Interesse sind. Forschende der Botanischen Staatssammlung München (SNSB-BSM) sowie der TU München konnten erstmalig einen Stoffwechselprozess in intakten, lebenden Bartflechten darstellen, der zur Produktion solcher sogenannten sekundären Flechtenstoffe führt. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler*innen vor Kurzem in der Zeitschrift New Phytologist (DOI: https://doi.org/10.1111/nph.15968).

Quelle: SNSB-BSM

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Neue Methode zur Gen-Entschlüsselung bei Pflanzen

Prof. Dr. Tim Beissinger arbeitet während der Pflanzphase des Experiments auf einem Traktor. Foto: Abiskar Gyawali

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Göttingen hat eine neue Methode entwickelt, um Gene, welche Pflanzenmerkmale steuern, effizienter zu identifizieren. Damit können auch Pflanzenzüchter kostengünstige und nachhaltige Pflanzensorten entwickeln, insbesondere Obst-, Gemüse- und Getreidekulturen. Diese landen nicht nur auf unserem Esstisch, sondern können auch die Lage der Welternährung verbessern. Die Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift BMC Plant Biology (DOI: https://doi.org/10.1186/s12870-019-2000-y) veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

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Globaler Süden leidet am stärksten unter Klimawandel und Landnutzung

Bis zum Jahr 2050 könnten bis zu fünf Milliarden Menschen von Wasserverschmutzung, Küstenstürmen oder unbestäubten Nutzpflanzen bedroht sein – ein Großteil davon in Entwicklungsländern. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie im Fachmagazin Science (DOI: 10.1126/science.aaw3372), die von einem internationalen Forscherteam verfasst wurde, darunter ein Forscher des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv). Die Forschenden erstellten eine hochauflösende globale Karte, welche die Leistungen der Natur für den Menschen darstellt. Diese sogenannten Ökosystemleistungen sind durch die vom Menschen verursachte Schädigung der Ökosysteme und der Biodiversität bedroht. Die neue Karte kann helfen, politische Entscheidungen zum Schutz der Natur zu verbessern – sowohl lokal als auch global.

Quelle: iDiv

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Wie Pflanzen sich vor Pilzen abschotten

Pflanzen schützen sich vor Pilzen und anderen Krankheitserregern (Pathogenen), indem sie ihre Stomata verschließen. Bild: Michaela Kopischke

Wie die Pflanze den Pilz erkennt und über welche molekulare Signalkette das Chitin des Pilzes zum Verschließen der pflanzlichen Stomata führt beschreiben Würzburger und Münchner Forschende in der Zeitschrift eLife (DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.44474.001).

Quelle: Uni Würzburg

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Neue Erkenntnisse zur genomischen Signatur der Koevolution

Wirt-Alge mit daran haftenden Virus-Partikeln. Foto und (c): Lutz Becks

Mit einem Modellsystem aus Chlorella variabilis-Algen (Wirt) und dem Riesenvirus Paramecium bursaria Chlorella Virus 1 (PBCV-1), die sich beide ausschließlich asexuell reproduzieren, gelang es einem internationalen Forschungsteam unter Beteiligung von Limnolog*innen der Universität Konstanz nachzuweisen, dass rapide genomische Veränderungen bei antagonistischen Spezies-Interaktionen durch wechselseitige Auswirkungen von Ökologie und Evolution bestimmt werden. Koevolution entsteht durch selektive Sweeps bei Wirt und Virus, die von phänotypischen Veränderungen und Populationswachstum begleitet werden. Der Ansatz der Studie lässt sich am besten als experimentelle Evolution beschreiben.
im Fachmagazin Science Advances (DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aax0530).

Quelle: Uni Konstanz

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Erreger-Genom des Sojabohnenrostes entschlüsselt

Einem weltweiten Konsortium mit Beteiligung der RWTH Aachen und der Universität Hohenheim in Stuttgart ist es nun gelungen, das komplexe Genom des Erregers des Sojabohnenrostes vollkommen zu entschlüsseln. Die Mitglieder des Konsortiums hoffen, dass durch die Erkenntnisse neue Strategien entwickelt werden können, um den Schaderreger zu bekämpfen, der zu Ertragsverlusten von bis zu 90 Prozent führen kann. Alle verfügbaren Daten sind öffentlich abrufbar unter https://mycocosm.jgi.doe.gov/Phapa1/Phapa1.home.html.

Quelle: RWTH Aachen

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Pflanzen erobern ehemalige Gletscherflächen überraschend schnell

Der Jamtalferner war in den letzen Jahren, wie viele Alpengletscher, von extremer Schmelze betroffen. Dadurch kam sehr viel Schutt und Feinsediment an die Oberfläche. Foto und (c): ÖAW

Gletscherforscher*innen haben erstmals Satellitenbilder mit ökologischen Messungen kombiniert. Das Ergebnis: Die Pflanzenwelt erobert durch Gletscherschmelze freigewordene Flächen in kürzester Zeit und verringert so das Risiko von Murenabgängen, wie das Team der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) im Fachmagazin Nature Scientific Reports (https://www.nature.com/articles/s41598-019-50273-2) berichtet.

Quelle: ÖAW

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Risiko für gleichzeitige Dürreperioden in Weizenanbaugebieten steigt

Falls die weltweiten Treibhausgasemissionen weiterhin unvermindert ansteigen, könnte das Risiko für extreme Dürreperioden, die zentrale Weizenanbaugebiete gleichzeitig treffen, bis zum Ende des Jahrhunderts auf das drei- bis vierfache ansteigen. Zu diesem Ergebnis kommt eine internationale Studie mit Beteiligung der Universität Göttingen. Selbst bei einer deutlichen Reduktion der CO2- und anderen Treibhausgasemissionen wird sich das Risiko nach Ansicht der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verdoppeln. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Science Advances (DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aau2406) erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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Neutronentomographie zeigt, wie Wurzeln "trinken"

Die zeitaufgelöste 3D-Neutronentomographie zeigt den Aufstieg von deuteriertem Wasser im Wurzelsystem einer Lupinenpflanze. Foto und (c): C. Tötzke, Uni Potsdam

Mit ultraschneller 3D-Neutronenbildgebung konnte ein Team von Forschenden aus Potsdam, Berlin und Grenoble den Transport von Wasser im Boden und die anschließende Aufnahme durch die Wurzeln von Lupinen visualisieren. Die ultrakurze Neutronentomographie, die am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH (HZB) entwickelt wurde, erzeugt alle 1,5 Sekunden eine vollständige 3D-Aufnahme und ist damit siebenmal so schnell wie zuvor. Die im Fachjournal Optics Express (DOI: https://doi.org/10.1364/OE.27.028640) veröffentlichten Erkenntnisse sind hilfreich, um die Wasser- und Nährstoffaufnahme von Nutzpflanzen besser zu verstehen. Die Messungen fanden an der Neutronenquelle des Instituts Laue Langevin in Grenoble, Frankreich statt. Die Methode ist auch für die Analyse von Transportprozessen in anderen Materialien interessant.

Quelle: HBZ

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Mit Genschere zu nikotinfreiem Tabak

Biochemiker*innen der TU Dortmund haben mittels Genome Editing Tabakpflanzen gezüchtet, die kaum mehr nachweisbare Spuren des abhängigmachenden Stoffes Nikotin enthalten. Das Portal Bioökonomie stellt die Studie der Forschenden Felix Stehle und Julia Schachsiek vor, das im Juni im Fachjournal Plant Biotechnology (DOI: https://doi.org/10.1111/pbi.13193) erschienen war.

Quelle: Bioökonomie

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Wie Algen pinke Pigmente herstellen

Aus ein- und demselben Vorläufermolekül können Algen verschiedenfarbige Pigmente herstellen – ganz nach Bedarf in ihrer Umgebung. Wie die Synthese des pinken Farbstoffs Phycoerythrobilin im Detail abläuft, hat ein Team der Fakultät für Biologie und Biotechnologie der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und der Technischen Universität Kaiserslautern nun im Fachmagazin Journal of Biological Chemistry (DOI: 10.1074/jbc.RA119.009306) gezeigt. Die Forscherinnen und Forscher fanden heraus, dass ein Schlüsselenzym die Bindung eines Substrats nur in einer unerwarteten Orientierung zulässt und somit für die entsprechende Farbe sorgt.

Quelle: RUB

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Alpenflora im Klimawandel: Pflanzen reagieren mit "Verspätung"

Die Alpenmargerite am Berg Similaun in Italien. Foto und (c): Stefan Dullinger, Uni Wien

In den Bergen wandern die Kälte-angepassten Pflanzen und Tiere in höhere Regionen, um den steigenden Temperaturen auszuweichen. Unklar ist aber, ob Gebirgspflanzen schnell genug sind, um mit dem Klimawandel Schritt zu halten. Ein Team von Ökolog*innen der Universität Wien und der Schweizer WSL um Sabine Rumpf und Stefan Dullinger hat diese Frage in den Alpen untersucht und herausgefunden, dass die Natur mit "Verspätung" reagiert – sowohl beim Aussterben von Populationen an inzwischen zu warmen Standorten als auch beim Besiedeln ehemals zu kalter. Verzögertes Aussterben ist vor allem bei Arten der höchsten Lagen verbreitet, berichten sie im Fachmagazin Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-12343-x).

Quelle: Uni Wien

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Mittelhäufige Pflanzenarten sind am stärksten zurückgegangen

Die Wiesen-Glockenblume (Campanula patula), ist eine der stark zurückgegangenen Arten in Mecklenburg-Vorpommern. Früher in zwei Dritteln aller Messtischblattquadranten vorkommend ist sie heute nur noch sehr selten zu finden, wenn auch noch nicht direkt vom Aussterben bedroht. Foto und (c): Florian Jansen, Uni Rostock

Arten, die früher häufig waren, zeigen die höchsten Verluste und sind durchschnittlich auf die Hälfte ihrer früheren Verbreitung zurückgegangen. Das haben Forschende der Universität Rostock und des Integrativen Biodiversität Forschungszentrums (iDiv) anhand von Daten aus Mecklenburg-Vorpommern gezeigt. Das Team um Professor Florian Jansen hat seine Ergebnisse im Fachjournal Conservation Letters (DOI: https://doi.org/10.1111/conl.12674) veröffentlicht.

Quelle: Uni Rostock

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Überraschende Details der Photosynthese

Athina Hristou und Danja Schünemann (rechts) haben tiefe Einblick in die Vorgänge in Pflanzenzellen gewonnen. Foto und (c): Marquard, RUB

Bei der Photosynthese spielen verschiedene Proteine eine Rolle, die in der Pflanzenzelle entstehen und an den Ort der photosynthetischen Prozesse innerhalb der Zelle transportiert werden müssen. Ein Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Athina Hristou und Prof. Dr. Danja Schünemann hat zusammen mit Kollegen und Kolleginnen des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie Potsdam-Golm bei der Untersuchung der Details dieser Prozesse überraschende Unterschiede zu den entsprechenden Vorgängen in Bakterien vorgefunden, worüber sie im Fachmagazin The Plant Cell berichten (DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.19.00169).

Quelle: RUB

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Eine Frage der Konzentration

Die Ackerschmalwand wurde bereits in den 1940er Jahren als Modellpflanze in der Genetik etabliert. Foto: Thomas Kunz

Pflanzen können mit Hilfe von pluripotenten Stammzellen ein Leben lang komplette neue Organe bilden. Solche Stammzellen entwickeln sich bei Bedarf zu jedem beliebigen Zelltyp eines Organismus. Die Arbeitsgruppe um den Pflanzenbiologen Prof. Dr. Thomas Laux von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg hat untersucht, wie die Balance zwischen Stammzellen und spezialisierten Zellen bei Pflanzen reguliert wird. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Konzentration so genannter ARGONAUTE-Proteine wie AGO1 und ZLL/AGO10. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse im Fachmagazin Plant Communications (DOI: https://doi.org/10.1016/j.xplc.2019.100002) veröffentlicht; Erstautor ist Dr. Fei Du.

Quelle: Uni Freiburg

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Klimawandel: Es gibt zu wenig realistische Ökosystem-Experimente

In der Global Change Experimantal Facility (GCEF) des UFZ erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler seit 2013 die Folgen der künftig zu erwartenden Klima- und Landnutzungsänderungen. Foto und (c): André Künzelmann, UFZ

Wenn es um die Folgen des Klimawandels für Ökosysteme geht, gibt es bisher noch eine große Wissenslücke. Die meisten Experimente dazu sind unrealistisch, weil sie nicht auf gängigen Klimavorhersagen für die jeweilige Region basieren. Deshalb gibt es bisher fast keine verlässlichen Daten dazu, wie Ökosysteme in Zukunft aussehen werden. Zu diesem überraschenden Schluss kommt ein Team von mitteldeutschen Biodiversitätsforschern der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) und dem Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig in der Fachzeitschrift Global Change Biology (DOI:  https://doi.org/10.1111/gcb.14797). Für die Arbeit hat es die verfügbaren Studien zu dem Thema ausgewertet. Die Forschenden fordern, gemeinsame Standards für künftige Experimente einzuführen.

Quelle: MLU

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Alpine Ökosysteme im Klimawandel: Auf den Boden kommt es an

Welche alpinen Pflanzen vom Klimawandel profitieren, hängt stark vom Boden ab, der Wasser und Nährstoffe zur Verfügung stellt. Der Bayrische Enzian ist von vielen Schweizer Berggipfeln verschwunden. Foto: Frank Hagedorn, WSL

Die Alpenflora verändert sich rasant mit dem Klimawandel. Die Böden sind dabei ein entscheidender Faktor, sie speichern etwa die grössten CO2-Mengen. Wie sich alpine Böden in einer wärmeren Zukunft ändern, ist jedoch weitgehend unbekannt. Das sollte geändert werden, betonen Forschende der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) im Fachjournal Science (DOI: https://www.doi.org/10.1126/science.aax4737).

Quelle: WSL

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„Wasser pflanzen“ ist möglich und könnte Dürre und Trockenheit entgegenwirken

Die Art der Vegetation und Landnutzung spielt für die Wasserspeicherung und -verteilung eine wichtige Rolle. Foto: Lukas Kleine, IGB

Der Wasserhaushalt einer Landschaft pendelt immer häufiger zwischen den Extremen Dürre und Überflutung. Die Art der Vegetation und Landnutzung spielt für die Wasserspeicherung und -verteilung eine wichtige Rolle. Zusammen mit Kollegen aus Schottland und den USA haben Forschende vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) ein mathematisches Modell erarbeitet, das die komplexen Zusammenhänge zwischen Vegetation, Boden und Wasserhaushalt darstellen kann. Sie zeigen im Fachjournal Hydrological Processes (DOI: https://doi.org/10.1002/hyp.13480) beispielsweise, dass in Buchenwäldern Wasser vermehrt zwischen dem Boden und der Vegetation zirkuliert und die Verdunstungsrate hoch ist, während Grasbedeckung die Grundwasserneubildung fördert.

Quelle: IGB

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Resistente Bohnen dank moderner Pflanzenzüchtung

Eine genetische Auswahlmethode hilft afrikanischen Züchterinnen und Züchtern solche Bohnen weiterzuzüchten, die gegen den Pilz resistent sind. Foto: Georgina Smith, CIAT

Mit einer neuen Methode können rasch und gezielt krankheitsresistente Bohnen für verschiedene Weltregionen gezüchtet werden, die die Ernährungssicherheit von Selbstversorgern in Ländern in den Tropen verbessern können. Kern der neuen Methode ist, von Bohnen, die sich potenziell für die Züchtung neuer resistenter Sorten eignen, ein genetisches Profil zu erheben. Dieses Profil gibt im Voraus Auskunft darüber, ob die Nachkommen, die aus der Kreuzung zweier Sorten hervorgehen, gegen verschiedene lokal vorkommende Stämme des krankheitserregenden Pilzes (sogenannte Pathotypen) resistent
gegen die Angular-Leaf-Spot-Krankheit sind. Das berichten Forschende u.a. der Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich) heute im Fachjournal Frontiers in Plant Science (DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01126).

Quelle: ETH Zürich

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Globaler Samenhandel verbreitet Schadorganismen

Eichel der im Westen Nordamerikas beheimateten Oregon-Eiche (Quercus garryana) mit Pilzbefall und Frassschäden durch Rüsselkäferlarven. Bild: Iva Franić, CABI

Der weltweite Handel mit Baumsamen ist nicht so sicher wie bisher angenommen. Forschende der Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL), des CABI und weiterer Institutionen zeigen, dass mit dem Saatgut auch zahlreiche schädliche Insekten und Pilze verbreitet werden. Diese stellen ein grosses Risiko für Bäume und Waldökosysteme dar, berichten die Forschenden im Fachmagazin Ecological Applications (DOI: https://doi.org/10.1002/eap.1971).

Quelle: WSL

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Vielfalt erhöht die Widerstandskraft

Fünf-Baumarten-Mischung auf einem Feld des Sardinilla-Experiments. Foto: Florian Schnabel, Uni Freiburg

Wälder mit einer hohen Artenvielfalt sind produktiver und stabiler gegenüber Stressoren als solche, die gleichförmig zusammengesetzt sind: Diesen Befund haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Freiburg anhand von Daten aus dem weltweit ältesten Freilandexperiment zur Diversität tropischer Baumarten bestätigt. Die ausgewerteten Jahresdaten zu Umfang und Höhe der Bäume, die als Indikatoren für die Produktivität und Stabilität des Ökosystems gelten und aus dem 2001 in Panama gestarteten Sardinilla-Experiment stammen, sind aus dem Zeitraum von 2006 bis 2016. Das Team mit Doktorand Florian Schnabel hat seine Ergebnisse im Fachjournal Global Change Biology (DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.14792) veröffentlicht.

Quelle: Uni Freiburg

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Plantagen binden CO2 und bringen Regen in die Wüste

Wo Jojoba-Plantagen am effektivsten dazu beitragen können, dem Klimawandel entgegenzuwirken, haben Forschende untersucht. Foto: Oliver Branch, Uni Hohenheim

Großflächige Plantagen in Wüstenregionen haben gleich mehrere Vorteile. An welchen Stellen sie am effektivsten dem Klimawandel entgegenwirken, das haben Dr. Oliver Branch und Prof. Dr. Volker Wulfmeyer von der Universität Hohenheim in Stuttgart mit einem neuen, globalen Index herausgefunden, den sie im Fachjournal PNAS vorstellen (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1904754116). Die wesentlichsten Effekte von Plantagen bestehen darin, dass sie die mittlere Temperatur senken und Niederschlag auslösen können. Diese besondere Bio-Geoengineering-Methode ist in Bezug auf die Klimakrise interessant, da die Plantagen so der Ausbreitung der Wüsten entgegenwirken können. Zum anderen binden die Pflanzen Kohlenstoffdioxid und helfen so dabei, Kohlenstoff zu speichern.

Quelle: Uni Hohenheim

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News · Forschungsergebnis · Politik

Anthropogener Klimawandel unbestritten

Dass der Klimawandel von Menschen verursacht wird, ist in der Fachwelt nahezu unbestritten. Darauf verweist die Bundesregierung in einer Antwort (19/12631) auf eine Kleine Anfrage der AfD-Fraktion (19/12228). Die Bundesregierung ist laut Antwort inzwischen der Auffassung, "dass 99 Prozent der Wissenschaftler, die Fachaufsätze zum Klimaschutz veröffentlichen, der Überzeugung sind, dass der Klimawandel durch den Menschen verursacht ist". Die AfD-Fraktion hatte in der Anfrage unter anderem auf Aussagen von Bundesumweltministerin Svenja Schulze (SPD) Bezug genommen, die im Mai 2019 im Bundestag gesagt habe, dass "97 Prozent der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler" sagten, der Klimawandel sei menschengemacht, und nach weiteren Studien gefragt, bersichtet Heute im Bundestag (hib) .

Quelle: hib

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News · Forschungsergebnis

Frühes Leben auf der Erde durch Enzym limitiert

Über 2 Milliarden Jahre lang, bis Pflanzen das Festland besiedelten, blieb der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre bei 2 % stabil. Ein Verantwortlich dafür kann das Enzym Nitrogenase gewesen sein. Grafik: William Martin, HHU

In der frühen Erdgeschichte blieb der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre für rund zwei Milliarden Jahre lang so niedrig, dass sich kein Leben an Land entwickeln konnte. Forscher aus London haben zusammen mit Prof. Dr. William F. Martin vom Institut für Molekulare Evolution der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) nun in einem einzelnen Enzym, der sogenannten Nitrogenase, einen möglichen Grund für diese lange Stagnation der Evolution erkannt. Ihre Theorie stellen sie in der Zeitschrift Trends in Plant Science (DOI: https://doi.org/10.1016/j.tplants.2019.07.007) vor.

Quelle: HHU

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Klimawandel bedroht genetische Vielfalt der europäischen Pflanzenwelt

Die Forscher haben die Anpassungsfähigkeit von Arabidopsis-Pflanzen an den Klimawandel in Gewächshäusern untersucht. Die Art wird unter dem immer trockener werdenden Klima rund um das Mittelmeer ihre genetische Vielfalt verlieren. Foto und ©: M. Exposito-Alonso, MPI f. Entwicklungsbiologie

Der Klimawandel gefährdet das Überleben vieler Pflanzenarten in Europa. Ein Team aus Wissenschaftlern, das von Forschern des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen koordiniert wurde, hat herausgefunden, dass nur wenige Individuen der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) die notwendigen Genvarianten besitzen, um dem im Jahr 2050 in Europa herrschenden Klima trotzen zu können, wie sie im Fachmagazin Nature berichten (DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1520-9). Dieser Befund lässt sich sehr wahrscheinlich auch auf andere Pflanzenarten übertragen. Mit Hilfe der Ergebnisse können Forscher vorhersagen, wo eine Art am meisten von den Folgen des Klimawandels betroffen sein wird.

Quelle: MPI für Entwicklungsbiologie

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Wie Pflanzen ihre CO2-Nutzung messen

Gasaustausch über die Stomata: Kohlendioxid wird aufgenommen, gleichzeitig werden pro aufgenommenem CO2-Molekül hunderte Moleküle Wasser (H2O) abgegeben. Bild: Rainer Hedrich und Peter Ache, Uni Würzburg

Trockenheit bedeutet für Pflanzen eine Gratwanderung: Sie müssen sich abschotten, um nicht zu viel Wasser zu verlieren, bekommen dann aber kaum Kohlendioxid ab. Ein Sensor-Netzwerk sorgt hier für die richtige Balance, berichten Forschende der Uni Würzburg im Fachmagazin Nature Plants (DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-019-0490-0).

Quelle: Uni Würzburg

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Wie Pflanzen sich zwischen Wachstum und Verteidigung entscheiden

HBI1 kontrolliert das Wachstum und die Verteidigungsreaktionen durch transkriptionelle Regulierung der ROS-Homeostasis. Es kommt zur Inkompatibilität zwischen Wachstums- und Verteidigungsprogrammen. Grafik: Cell Reports, CC BY-NC http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Um zu überleben, müssen Pflanzen jeden Tag erneut einen Kompromiss zwischen Wachstum und Verteidigung finden. Sie benötigen beide Funktionen, um sich erfolgreich zu vermehren. Jedoch können die meisten Pflanzen nicht beides gleichzeitig tun. Die Mechanismen dieses ungewöhnlichen Arrangements lagen lange Zeit im Dunkeln und es wurde vermutet, dass die Limitierung von Energie die Abwägung zwischen Wachstum und Verteidigung, den sogenannten „growth-defense trade-off“, verursacht. Aufgrund der widersprüchlichen Natur der zwei Vorgänge – beide werden vom selben Transkriptionsfaktor reguliert, benötigen jedoch gegensätzliche ROS-Gehalte – konnten die Forschenden belegen, dass der „growth-defense trade-off“ an der Inkompatibilität der Signalwege liegt und nicht an den begrenzten Energieressourcen. Das publizierten die Forschenden vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben im Fachmagazin Cell Reports (DOI: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.07.029).

Quelle: IPK (pdf)

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Neuer Biosensor gewährt Einblick in pflanzliche Stressreaktion

Mikroskopiebilder (FRET-Verfahren) zeigen drei Regionen einer Wurzel und jeweils die Phosphatidylsäure unter Salzstress im zeitlichen Verlauf (v.l.n.r.). Unterschiedliche Farben zeigen Veränderungen. Aufnahmen: W. Li et al., Nature Plants, Uni Münster

Es sind winzige Signalmoleküle, die bedeutende Rollen für die Vorgänge in Lebewesen spielen. Wie genau diese Stoffe funktionieren, ist aber häufig noch unbekannt. Ein internationales Team von Forschenden haben zusammen mit Lukas Wallrad und Jörg Kudla von der Uni Münster eine Methode entwickelt, mit der sie einem wichtigen Botenstoff in Pflanzen besser auf die Spur kommen können – der Phosphatidylsäure. Mit einem neuen Biosensor verfolgen sie die Aktivität der Phosphatidylsäure erstmals räumlich und zeitlich nach. Die Methode ist auch für die Untersuchung von Pflanzen interessant, die sich in Stresssituationen befinden, zum Beispiel salzigen Böden ausgesetzt sind. Die Studie ist in Nature Plants (DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-019-0497-6) erschienen.

Quelle: Uni Münster

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Inventur beim Immunabwehrprozess der Pflanze

Beispiel einer erkrankten kleinen Ackerschmalwand. Foto und (c): MPI für Entwicklungsbiologie

Die Werkzeuge, mit denen Pflanzen krankheitsverursachende Mikroben erkennen und bekämpfen, wurden jetzt von einem Team internationaler Forscherinnen und Forscher katalogisiert. Die Ergebnisse sind im Fachjournal Cell publiziert (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.07.038).

Quelle: MPI f Entwicklungsbiologie

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Pflanzenschutz: neuartiger Impfbaukasten entwickelt

Einfach, schnell und flexibel: Künftig könnten Pflanzen deutlich leichter gegen Viren geimpft werden. Ein neues Verfahren dafür haben Forschende der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) und des Nationalen Forschungsrats in Italien (CNR) entwickelt. Damit lassen sich schnell passgenaue Wirkstoffe gegen verschiedene Krankheitserreger identifizieren und produzieren. Über ihre Arbeit berichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Nucleic Acids Research (DOI: https://doi.org/10.1093/nar/gkz678).

Quelle: MLU

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Dem Geheimnis kranker Kartoffeln auf der Spur

Eine Spore von Phytophthora dringt in die Blatt-Epidermiszelle einer Arabidopsispflanze ein, deren Immunsystem zuvor durch Mutationen geschwächt wurde. Foto: Lore Westphal, IPB

Die Kraut- und Knollenfäule der Kartoffel ist eine der bedeutendsten Pflanzenkrankheiten unserer Zeit, verursacht deren Erreger, Phytophthora infestans, doch weltweite Ernteausfälle von etwa 20 Prozent im Jahr. Forschende des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) in Halle analysieren die Mechanismen der Krankheitsentstehung und fragen sie sich nicht nur, warum der Erreger seine Wirtskartoffelpflanze krank macht, sondern auch, warum er die meisten anderen Pflanzen nicht besiedeln und krank machen kann. Diese sogenannte Nichtwirtsresistenz gegen den Befall von Phytophthora wird an der Modellpflanze  Arabidopsis thaliana untersucht. Nun konnten die Hallenser Forschenden um Professor Sabine Rosahl zwei neue Substanzen isolieren, die eine wichtige Rolle bei der Abwehr von Phytophthora spielen. Eine der neu entdeckten Indol-Verbindungen wirkt dabei nicht direkt auf den Erreger, sondern sorgt vermutlich als Signalstoff für die Verstärkung der pflanzlichen Abwehrreaktion. Der Befund wurde in der Fachzeitschrift Journal of Biological Chemistry (DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.RA119.007676) veröffentlicht.

Quelle: IPB

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Gestresste Pflanzen müssen Eisen im Griff haben

Pflanzen müssen viele verschiedene Nährstoffe aufnehmen, deren Verfügbarkeit oft variiert. In Mangelphasen aktivieren sie andere genetische Programme, besonders für den Umgang mit Eisen. Grafik: Rumen Ivanov, HHU

Wenn Landpflanzen die Nahrung schwindet, müssen sie auf diesen Stressfaktor reagieren. Pflanzenforscher*innen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) haben anhand von vorhandenem Datenmaterial untersucht, welche Gene diese im Stressfall aktivieren und wofür sie stehen. Ihre Ergebnisse publizierte das Team um Pflanzenforscherin Dr. Tzvetina Brumbarova und Pflanzenforscher PD Dr. Rumen Ivanov vom HHU-Institut für Botanik in der Fachzeitschrift iScience (DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2019.07.045).

Quelle: HHU

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Neue Einblicke in die metabolische Dynamik

Biologen haben untersucht, wie sich Proteine und Stoffwechselprodukte auf die verschiedenen Zellorganellen verteilen. Einem Team um den Biologen Thomas Nägele, Professor für evolutionäre Zellbiologie der Pflanzen, ist es nun in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana erstmals gelungen, für eine Vielzahl an Proteinen und Stoffwechselprodukten gleichzeitig zu bestimmen, wie sie sich auf bestimmte Kompartimente verteilen, um damit deren metabolische Dynamik aufzuklären. Nägeles Team an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) hat nun eine bewährte Methode – die sogenannte nicht-wässrige Fraktionierung – so verfeinert und mit Hochdurchsatzanalysen kombiniert, dass sie Zellen quasi in ihre Einzelteile zerlegen und das Inventar ihrer Kompartimente untersuchen konnten. Darüber brichten sie am 30. Juli in The Plant Journal (DOI: https://doi.org/10.1111/tpj.14472).

Quelle: LMU

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Evolutionäre Dynamiken

Die Forschenden haben die genetischen Grundlagen phänotypischer Variabilität bei der Modellgruppe der Kreuzblütler und dem Phänotyp Blattform untersucht. Dargestellt ist ein repräsentativer Ausschnitt von Blattformtypen. Foto und ©: Forschungsgruppe Koch

Das Erbgut bestimmt nicht nur Aussehen, Entwicklung und Anpassungsstrategien des jeweiligen Individuums, sondern trägt auch weitreichende Informationen über vergangene Veränderungen und Anpassungen des Phänotyps in sich. Diesen evolutionären Veränderungsprozess haben Forschende der Uni Heidelberg und des Max-Planck-Instituts für Züchtungsforschung in Köln anhand von Modellorganismen aus der Familie der Kreuzblütler untersucht und dabei die Blattform in den Blick genommen. Mit modernen Sequenzierungstechnologien und einem neuen Forschungsansatz – einem zwischenartlichen Genomvergleich – konnten sie im Erbgut verwandter Arten Gene identifizieren, die direkten Einfluss auf eine besondere Art der Erbgutmodifikation und damit die Evolutionsraten haben. Sie publizierten ihre Ergebnisse im Fachjournal Nature Plants (DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-019-0486-9).

Quelle: Uni Heidelberg

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Wie die Photosythese Wasser spaltet

Die Studie zeigt, wie der Komplex aktiviert wird und die kontrollierte Aufnahme von Wasser aus der Umgebung des Proteins abläuft. Grafik und (c): MPI CEC

Ein internationales Forschungsteam hat neue Ergebnisse zum Ablauf der Wasserspaltung in der natürlichen Photosynthese publiziert. Es untersuchte ein photosynthetisches Enzym, das für die biologische Wasserspaltung im sogenannten Photosystem II verantwortlich ist. Die Studie zeigt, wie dieser Komplex aktiviert wird und die kontrollierte Aufnahme von Wasser aus der Umgebung des Proteins abläuft. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Enzym atmet, um die Wassermoleküle aufzunehmen“, sagt Nick Cox, ehemaliger Gruppenleiter in der Abteilung von Prof. Wolfgang Lubitz am Mülheimer Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion (MPI CEC). „Auf halben Weg durch den Reaktionszyklus beginnt das Enzym sich zu dehnen wie eine Ziehharmonika und ermöglicht damit die Bindung eines Wassermoleküls an den Mangan-Cluster.“ Über ihre Ergebnisse berichten die Forschenden im Fachjournal PNAS (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1817526116). Das berichtet das MPI CEC beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: MPI CEC beim idw

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Artenvielfalt schwindet schneller als bislang angenommen

Weltkarte der Biodiversitäts-Hotspots: Die Karte zeigt den Einfluss von Klimawandel und Landwirtschaft in den Hotspots bis zum Jahr 2050. Die rot gefärbten Bereiche sind dabei besonders gefährdet – zum Beispiel die Philippinen, Madagaskar oder die Karibischen Inseln. Blaue Hotspots sind nicht oder nur wenig gefährdet. Karte: Uni Hamburg

Die Zerstörung wichtiger Lebensräume für Pflanzen und Tiere weltweit schreitet noch schneller und in größerem Ausmaß voran als bislang angenommen. Das zeigt die neue Untersuchung eines internationalen Forschungsteams, an dem Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Hamburg beteiligt sind. Die Forschenden haben Prognosen für 33 artenreiche und gleichzeitig besonders bedrohte Gebiete weltweit erstellt, für die sogenannten „Hotspots“ der Biodiversität.
„Alle Hotspots zusammen entsprechen nur 2,5 Prozent der Erdoberfläche, beherbergen aber über 50 Prozent aller Pflanzen- und Wirbeltierarten der Erde“, erklärt Livia Rasche vom Centrum für Erdsystemforschung und Nachhaltigkeit (CEN) an der Universität Hamburg. Erstmals berücksichtigte die Hauptautorin der Studie die Auswirkungen der beiden wichtigsten Faktoren: Landwirtschaft und Klimawandel. Die Ergebnisse erschienen jetzt in der Fachzeitschrift Conservation Letters (DOI: https://doi.org/10.1111/conl.12668).

Quelle: Uni Hamburg

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Kleine Ackerflächen fördern die Biodiversität

Eine heterogene und artenreiche Agrarlandschaft mit einem Mosaik unterschiedlicher und kleiner Ackerflächen wie hier beim spanischen Lleida. Foto: Uni Göttingen

Kleine Felder und vielen Arten von Nutzpflanzen fördern die Biodiversität in Agrarlandschaften. Vor allem eine Verkleinerung der Ackerflächen unter sechs Hektar führt zu einer stark erhöhten Artenvielfalt, weil auf diese Weise viele Insekten-, Vogel- und Pflanzenarten unterschiedliche Ressourcen nutzen können. Auch fördert eine Landschaft mit vielen Rändern die Lebensraum-Vernetzung. Das ist das Ergebnis einer Studie in acht Regionen in Europa und Nordamerika, an der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Göttingen beteiligt waren. Die Arbeit wurde am 29. Juli in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS, DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1906419116) veröffentlicht und heute der Öffentlichkeit vorgestellt.

Quelle: Uni Göttingen

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Als Wurzeln lernten, der Schwerkraft zu folgen

Links: langsamer Gravitropismus bei einem nach 0, 6, 12, 24 und 36 Stunden; rechts: schneller Gravitropismus beim Nacktsamer P. taeda nach 0, 1, 3, 6 und 12 Stunden. Bilder und ©: Yuzhou Zhang, Friml Gruppe, IST Austria

Wie und wann in der Evolutions Pflanzen die Schwerkraft wahrnehmen und sich an ihr orientieren konnten, war bislang nicht bekannt. Dieser Gravitropismus genannte Prozess ist in Blütenpflanzen wie Arabidopsis thaliana gut untersucht. Ein systematischer Vergleich über das gesamte Pflanzenreich hinweg und entsprechende Kenntnis über seine evolutionären Ursprünge fehlten jedoch bislang. PflanzenbiologInnen am Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) gelang es nun, entscheidende Bausteine und Prozesse zu identifizieren. Dazu ließen sie die Wurzeln von Moosen, Bärlappgewächsen, Farnen, Nacktsamern und Blühpflanzen in waagrechter Position wachsen und beobachteten wann die Wurzeln begannen, sich nach unten zu biegen, um der Schwerkraft zu folgen. Bereits Moosen, sowie frühe Gefäßpflanzen wie Bärlappgewächse und Farne zeigten ein von der Schwerkraft getriebenes Wurzelwachstum, allerdings nur in sehr rudimentärem Ausmaß und zudem sehr langsam. Dagegen zeigten Samenpflanzen (Nacktsamer und Blühpflanzen), die erstmalig vor rund 350 Millionen Jahren auftraten, ein schnelleres und damit viel effizienteres Wurzelwachstum in Richtung der Schwerkraft. Die Ergebnisse publizierten sie im Fachmagazin Nature Communications (DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-11471-8).

Quelle: IST Austria

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Salizylsäure-Synthese in Pflanzen aufgeklärt

Prof. Ivo Feußner lässt sich den Wachstumsstand der Pflanzen von Dmitrij Rekhter zeigen. Foto: Philipp Niemeyer

Die schmerzlindernde Wirkung von Salizylsäure, die heute leicht modifiziert als Aspirin verkauft wird, ist seit Jahrtausenden bekannt. Salizylsäure ist nicht nur ein Medikament, sondern auch ein Stresshormon der Pflanzen, das für die Abwehr schädlicher Krankheitserreger unerlässlich ist. Unbekannt war jedoch, wie Pflanzen dieses Hormon erzeugen. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Uni Göttingen hat nun gemeinsam mit der University of British Columbia in Vancouver die Biosynthese der Salizylsäure aufgeklärt und deren Synthese in der Zeitschrift Science (https://science.sciencemag.org/content/365/6452/498.abstract) erläutert.

Quelle: Uni Göttingen

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Hawaiis alte Inseln beheimaten die meisten Arten

Ko'olau Gebirgskette auf Oahu, der drittgrößten der hawaiianischen Inseln. Die Forscher untersuchten auch die Auswirkungen der eingeführten Arten auf die Biodiversität. Foto: William Weaver

Das Verständnis, wie die Biodiversität durch mehrere Kräfte geformt wird, ist entscheidend für den Schutz seltener Arten und einzigartiger Ökosysteme. Ein internationales Forschungsteam hat festgestellt, dass die Biodiversität auf älteren Inseln höher ist als auf jüngeren. Darüber hinaus fanden sie heraus, dass eingeführte Arten die Auswirkungen des Inselalters auf die Muster der lokalen Biodiversität verwässern. Die Ergebnisse veröffentlichte das Team unter der Leitung der Uni Göttingen, des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) sowie der University of Hawai'i in Mānoa in der Fachzeitschrift PNAS (DOI: 10.1073/pnas.1901954116).

Quelle: Uni Göttingen

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Palmen werden heimisch als Folge des Klimawandels

Im Bild dominieren sie den Unterwuchs eines Laubwaldes im Tessin. Foto und ©: Brigitte Marazzi

Die heißen Sommer und milden Winter der vergangenen Jahre als Folge des sich beschleunigenden Klimawandels haben deutliche Auswirkungen auf die Verbreitung von Tier- und Pflanzenarten. Während sich viele heimische Arten in höhere Lagen zurückziehen, breiten sich Wärme liebende Arten aus. Darunter befinden sich auch viele vom Menschen eingeführte exotische Tier- und Pflanzenarten. Erstmals wurden in den letzten Jahren in Österreich sogar Vorkommen verwilderter Palmen (Trachycarpus fortunei) nachgewiesen, wie eine Studie im Fachmagazin BioInvasions Records (DOI: https://doi.org/10.3391/bir.2019.8.3.01) von Franz Essl vom Department für Botanik und Biodiversitätsforschung der Universität Wien zeigt.

Quelle: Uni Wien

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Wie Grünflächen in Städten das Wohlbefinden fördern

Grünanlagen mit Rasenflächen und Bäumen tun Stadtbewohnern gut – warum das so ist, haben Forschende nun auf neuronaler Ebene untersucht. Foto: Gabi Zachmann, KIT

Grünflächen in der Innenstadt können das Wohlbefinden im Alltag von Stadtbewohnerinnen und -bewohnern unmittelbar verbessern. Das zeigt eine interdisziplinäre Studie, an der das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) beteiligt war. Demnach profitieren von den Grünflächen vor allem Menschen, bei denen die Gehirnkapazität, negative Gefühle selbst zu regulieren, vermindert ist. Die Studie, die Epidemiologie, Psychologie, Neuroimaging und Geoinformatik verbindet, ist in der Zeitschrift Nature Neuroscience veröffentlicht (DOI: 10.1038/s41593-019-0451-y).

Quelle: KIT

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Keimfähigkeitstest für Saatgutbanken entwickelt

Ein neuer einfacher und zuverlässiger Keimfähigkeitstest erleichtert das Management von Saatgutbanken: In jeder Vertiefung wird ein Same auf Keimfähigkeit untersucht. Foto: Klaus Mummenhoff, Uni Osnabrück

Die Vielfalt von Wild- und Nutzpflanzen schwindet rasant. Eine der Möglichkeiten, pflanzliche Biodiversität zu bewahren, sind Saatgutbanken. Das Management solcher Sammlungen ist aufwendig: Die eingelagerten Samen müssen regelmäßig auf ihre Keimfähigkeit untersucht werden. Bisherige Tests sind unzuverlässig. Die Biologen der Universität Osnabrück Dr. Said Mohammed, Dr. Samik Bhattacharya und apl. Prof. Dr. Klaus Mummenhoff haben nun einen Keimfähigkeitstest etabliert, der diese Nachteile nicht aufweist und berichten darüber in der renommierten Fachzeitschrift Trends in Plant Science (DOI: https://doi.org/10.1016/j.tplants.2019.05.014).

Quelle: Uni Osnabrück

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Kleine Helfer für den Regenwald

Ein Schwarzstirntamarin (Leontocebus nigrifrons) verbreitet die Samen im Regenwald von Peru. Foto: Andrea Schell

Welche Rolle Affen bei der Regeneration von durch menschlichen Einfluss zerstörten Regenwäldern spielen, haben Forschende vom Deutschen Primatenzentrum (DPZ) – Leibniz-Institut für Primatenforschung, von der Universität Estadual Paulista, Brasilien, und der Universität Marburg in einer Langzeitstudie untersucht. Mehr als 20 Jahre lang haben sie zwei Tamarin-Arten im Regenwald in Peru beobachtet, die sich von Früchten ernähren und die Samen unverdaut mit ihrem Kot ausscheiden. Die Forschenden protokollierten Samenausbreitung und -keimung sowie das Wachstum und die genetische Herkunft verschiedener Pflanzen in einem Wald, der auf einer ehemaligen Weidefläche entstanden ist. So konnten sie erstmalig nachweisen, dass die Affen einen entscheidenden Einfluss auf die Ausbreitung von Samen aus dem ursprünglichen Primärwald in den sich regenerierenden Sekundärwald haben, wie sie im Fachjournal Scientific Reports (DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-46683-x) berichten.

Quelle: DPZ beim idw

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Wie die Natur Wasserstoff produzierende Enzyme baut

Wie Wasserstoff produzierende Enzyme, die sogenannten Hydrogenasen, während ihrer Biosynthese aktiviert werden, hat ein Team der Ruhr-Universität Bochum (RUB) und der University of Oxford herausgefunden. Wie sie im Fachmagazin PNAS (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1908121116) zeigen, wie der Kofaktor – ein Teil des aktiven Zentrums und zugleich das Herzstück des Enzyms – ins Innere eingeschleust wird.

Quelle: RUB

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Wie der Klimawandel Beziehungen stört

Die Klimaerwärmung kann die wechselseitige Abhängigkeit von Pflanzen und Tieren stören – wie beispielsweise im Fall der Gehörnten Mauerbiene (l.), der Roten Mauerbiene und der Küchenschelle. Foto: Sandra Kehrberger

Pflanzen sind auf die Bestäubung durch Bienen angewiesen; Bienen benötigen Nektar und Pollen. Wie sich der Klimawandel auf diese gegenseitige Abhängigkeit auswirkt, haben Wissenschaftlerinnen nun untersucht.  Während beispielsweise die gewöhnliche Küchenschelle (Pulsatilla vulgaris) sehr empfindlich auf steigende Temperaturen reagiert und immer früher im Jahr blüht, reagiert einer ihrer wichtigsten Bestäuber – eine Wildbienenart – beim Schlüpfen nicht ganz so schnell. Das kann im Extremfall dazu führen, dass die Pflanze keine Samen ausbilden und sich nicht vermehren kann, während die Biene wegen des fehlenden Nahrungsangebots auf andere Pflanzen ausweichen muss. Dieser Befund ist das zentrale Ergebnis einer neuen Studie, die Wissenschaftlerinnen der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) in der Fachzeitschrift Plos One (DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0218824) veröffentlicht haben.

Quelle: Uni Würzburg

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Wie Gene aus Blattzellen das Wurzelwachstum beeinflussen

Pflanzen verfügen über vielfältige und komplexe Kommunikationswege und das aus gutem Grund. Kommunikationsfehler oder „false news“ könnten die Pflanzen nämlich im schlimmsten Fall mit dem Tod bezahlen. Ein Team des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) hat gemeinsam mit internationalen Kooperationspartnern einen völlig neuen Mechanismus der internen Kommunikation bei Pflanzen aufgezeigt. „Wir konnten erstmalig zeigen, dass eine Cytosinbasen Methylierung auch bei der mRNA eine Funktion hat. Diese Modifikation führt dazu, dass bestimmte mRNA Moleküle, die in Blättern produziert werden, über das Phloem bis in die Wurzel transportiert werden. Diese mRNAs werden in bestimmte Wurzelzellen transportiert und dort in funktionelle Proteine übersetzt. Das wiederum reguliert das Wurzelwachstum“, erläutert Dr. Friedrich Kragler den Mechanismus, den das Team im Fachmagazin Current Biology (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.06.042) vorstellt.

Quelle: MPI-MP

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Wälder in Deutschland sind wichtige Kohlenstoffsenke

Forschenden-Team bei der Vermessung im Wald. Foto und ©: Christina Waitkus, Thünen-Institut

Die Wälder in Deutschland sind ein wichtiger Faktor im Klimageschehen, denn sie binden große Mengen Kohlenstoff, der ursprünglich als CO2 in der Atmosphäre war. Dass die Bedeutung der Wälder als Kohlenstoffsenke und damit Bremser des Klimawandels weiter ansteigt, belegt die Kohlenstoff-Inventur 2017, die jetzt ausgewertet ist. Danach sind in deutschen Wäldern rund 1,23 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in der lebenden Biomasse gespeichert, fünf Prozent mehr als vor fünf Jahren. Hinzu kommen 33,6 Millionen Tonnen Kohlenstoff im Totholz. Die Kohlenstoffvorräte haben mit 113,7 Tonnen pro Hektar ein neues Rekordhoch erreicht. Diese und weitere Ergebnisse haben Forschende des Thünen-Instituts für Waldökosysteme jetzt in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift AFZ-Der Wald veröffentlicht.

Quelle: Thünen

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Flechten der Atacama-Wüste können Wasserbedarf aus Luftfeuchtigkeit decken

In den Nebeloasen finden sich viele Kakteen, auf denen sich Flechten angesiedelt haben. Foto: Patrick Jung, TUK

Die Atacama-Wüste in Chile zählt zu den trockensten Orten der Erde. Um hier zu überleben, nutzen Flechten Nebel, Tau und hohe Luftfeuchtigkeit. Letztere alleine reicht einigen von ihnen aus, um Photosynthese zu betreiben. Dies ist zumindest bei denjenigen Flechten der Fall, die etwa auf Kakteen sitzen. Ihre Verwandten auf dem Boden können dies nicht. Das ist das Ergebnis einer Studie, die Forschende um Dr. Patrick Jung von der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) beim Online-Portal MicrobiologyOpen (DOI: https://doi.org/10.1002/mbo3.894) veröffentlicht haben. Diese Flechten können daher länger aktiv sein. Bei ihrer Arbeit in der chilenischen Wüste haben die Forschenden auch eine neue Flechtenart entdeckt und beschrieben.

Quelle: TUK

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Immunsystem von Tabak-Pflanzen funktioniert anders als bei Arabidopsis

Was passiert in Pflanzen auf molekularer Ebene, wenn sie sich gegen Schädlinge zur Wehr setzen? Bisher ging man davon aus, dass dabei in allen Pflanzen in etwa die gleichen Prozesse ablaufen. Forschende der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) untersuchten nun die Abwehrprozesse in der wilden Tabakart Nicotiana benthamiana. Dazu überprüften sie, ob im Tabak dieselben Gene für das Immunsystem verantwortlich sind wie in der bislang gut untersuchten Arabidopsis-Pflanze und schalteten diese mit der Gen-Schere CRISPR/Cas9 gezielt aus. Außerdem tauschten sie die Gene zwischen beiden Spezies aus. Danach überprüften sie, ob die Pflanzen noch auf Schädlinge reagieren. Während ein TNL-Rezeptor aus dem Tabak auch in der Ackerschmalwand funktionierte, traf das nicht auf die Gene des Proteinkomplexes zu, wie sie in der Fachzeitschrift The Plant Cell (DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.19.00099) zeigen.

Quelle: MLU

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Neue Kieselalgen-Gattung entdeckt

Fünf lebende Zellen der Kieselalge Gomphonella olivacea mit braunem Chloroplast; 4 Zellen in Seitenansicht und 1 Zelle in Schalenansicht. Maßstab: 10µm = 0,01 mm. Foto: Forschungsgruppe Diatomeen, BGBM

Nach heutigem Wissensstand umfasst die neue Kieselalgen-Gattung Gomphonella 30 Arten, die weltweit überwiegend in Süßwasserseen leben. Die Artenvielfalt von Gomphonella wurde durch den schlechten wissenschaftlichen Kenntnisstand bisher unterschätzt, weshalb sie für Gewässerqualitätsuntersuchungen im Rahmen der EU Wasserrahmenrichtlinie in Zukunft bedeutend werden könnte. Die Ergebnisse der Studie der Forschungsgruppe Diatomeen am Botanischen Garten und Botanischen Museum Berlin (BGBM), Freie Universität Berlin wurden gerade in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Plant Ecology and Evolution (DOI: https://doi.org/10.5091/plecevo.2019.1603) veröffentlicht.

Quelle: BGBM

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Trends in der Landwirtschaft bedrohen Ernährungssicherheit

Eine Honigbienen-Arbeiterin und eine männliche Sandbiene bestäuben eine Apfelblüte. Foto: Martin Husemann

Zitrusfrüchte, Kaffee und Avocados: Das Essen auf unseren Tischen ist in den vergangenen Jahrzehnten immer abwechslungsreicher geworden. Für die Landwirtschaft gilt das aber nicht. Weltweit gibt es mehr Monokulturen, die dazu immer größere Flächen in Anspruch nehmen. Gleichzeitig sind viele der angebauten Nutzpflanzen von Bestäubern abhängig. Das sorgt dafür, dass die Ernährungssicherheit immer stärker bedroht ist, wie ein Forscherteam mit Beteiligung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in der Fachzeitschrift Global Change Biology (DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.14736) schreibt. Für die Studie analysierten die Forschenden die weltweite Entwicklung der Landwirtschaft der vergangenen 50 Jahre. Die Forschenden plädieren für eine Trendwende: So müsste darauf geachtet werden, die Landwirtschaft weltweit wieder zu diversifizieren und ökologischer zu gestalten. Sie zählen mehrere Möglichkeiten auf.

Quelle: MLU

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Welches Gen das Richtungswachstum der Wurzel steuert

Pflanzen, deren Wurzeln robuster sind und tiefer wachsen, können mehr Kohlenstoff für einen längeren Zeitraum unterirdisch speichern. Auf diese Weise kann CO2 in der Atmosphäre reduziert werden. Bis jetzt war unklar, welche genetischen und molekularen Mechanismen regeln, welche Teile des Bodens von Wurzeln auf der Suche nach Nährstoffen durchsucht werden. Nun haben Forschende des Wiener Gregor Mendel Instituts für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und des kalifornischen Salk-Instituts ein Gen identifiziert, das bestimmt, ob Wurzeln in die Tiefe oder oberflächlicher wachsen. Die Forschungsergebnisse zum Gen namens (EXOCYST70A3 wurden im Fachmagazin Cell (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.06.021) publiziert.

Quelle: GMI (pdf)

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Diese Gerste trotzt Hitze, Salz und Dürre

Ernte der Gersten in Halle. Foto: Nadja Sonntag, Uni Halle

Eine neue Gerstenlinie sorgt selbst bei schlechten Umweltbedingungen für gute Ernteerträge. Gezüchtet wurde sie von einem Forschungsteam der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), das dafür eine gängige Sorte mit verschiedenen Wildgersten kreuzte. Anschließend haben die Forschenden die neuen Linien an fünf sehr unterschiedlichen Standorten auf der Welt angebaut, das Wachstum der Pflanzen beobachtet und ihr Erbgut Pflanzen analysiert. Wie das Team im April in der Fachzeitschrift Scientific Reports (DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-42673-1) berichtet, sind einige Pflanzen nicht nur hitze- und dürrebeständiger, sie liefern in vielen Fällen auch höhere Ernteerträge als die lokalen Vergleichssorten. Die Ergebnisse stellen sie heute der Öffentlichkeit mit dieser Pressemitteilung vor.

Quelle: MLU

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Älteste vollständig erhaltene Lilie entdeckt

Cratolirion bognerianum. Aufnahme: Carola Radke, MfN

In der Fachzeitschrift Nature Plants (https://www.nature.com/articles/s41477-019-0468-y.epdf) hat ein internationales Forscherteam unter Leitung von Clément Coiffard, Museum für Naturkunde Berlin (MfN), die älteste vollständig erhaltene Lilie publiziert: Cratolirion bognerianum. Damit lässt sich nachweisen, dass einkeimblättrige Pflanzen erstaunlicherweise bereits vor 115 Millionen Jahren alle für sie typischen Merkmale aufwiesen und die tropischen Blütenpflanzen bereits sehr vielfältig waren. Damit ergeben sich neue Forschungsfragen über die Rolle der Tropen in der Entwicklung damaliger und heutiger Ökosysteme.

Quelle: MfN

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Enzymatischer Abbau des marinen Algenzuckers Ulvan entschlüsselt

Die Meeresalge Ulva. Foto: Thomas Wilfried, Uni Greifswald

Ein internationales Team von 19 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern entschlüsselte erstmals den kompletten Abbauweg des Polysaccharides Ulvan durch Biokatalysatoren eines marinen Bakteriums, darunter Forschende aus Greifswald, Wien, u.a. Die Ergebnisse ihrer Studie stellen die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Chemical Biology (DOI: https://www.nature.com/articles/s41589-019-0311-9) vor. Die Erkenntnisse sind nicht nur für die Grundlagenforschung von erheblicher Bedeutung. Sie erlauben erstmalig, die bislang ungenutzte Ressource der Algen als Rohstoffquelle für Fermentationen und zur Isolierung wertvoller Zucker zu erschließen.

Quelle: Uni Greifswald

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Erste Siedler nach der großen Schmelze: Flechten

Blick über eine artenreiche Flechtengemeinschaft aus Strauch- und Krustenflechten zur Fildes-Halbinsel, King George Island, Antarktis. Foto: A. Beck, SNSB-BSM

Flechten gehören zu den ersten Organismen, die Felsen oder steinige Böden nach der Gletscherschmelze neu besiedeln. Forschende u.a. der Botanischen Staatssammlung München (SNSB-BSM) untersuchten die Vegetation der Flechtengemeinschaften der Gattung Placopsis von den Südlichen Shetlandinseln und ihre Grünalgen-Symbionten. Überrascht hat die Forschenden, dass die genetische Variabilität der Grünalgen mit der Länge der Eisfreiheit der Fläche, auf der sie siedeln, zunimmt. Einige genetische Varianten sind auf die am längsten eisfreien Gebiete beschränkt. Somit steigt nicht nur der Artenreichtum der Flechtengemeinschaften, sondern auch die genetische Variabilität der dauerhaft mit ihnen zusammenlebenden Symbiosepartner. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forschenden im Mai in der Zeitschrift Symbiosis (DOI: https://doi.org/10.1007/s13199-019-00624-4).

Quelle: SNSB

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Venusfliegenfalle spürt sogar Moskitos

Die Venusfliegenfalle erkennt die Größe ihrer Beute. Zu kleine Insekten (links) sind nicht in der Lage die nötige Kraft aufzubringen, um das sensorische Haar der Pflanze zu stimulieren (rechts). Fotos: Sönke Scherzer

Venusfliegenfallen können sogar Berührungen von extrem leichten Tieren wie etwa Moskitos wahrnehmen. Forschende der Universitäten Würzburg und Cambridge haben jetzt herausgefunden, dass die Berührungssensoren in diesen Fallen selbst auf mikroskopisch kleine Drücke anspringen, diese in elektrische Signale umwandeln und so das Zuschnappen der pflanzlichen Falle auslösen. Ihre Ergebnisse haben sie in heute in der Fachzeitschrift Nature Plants ( DOI: 10.1038/s41477-019-0465-1) publiziert.

Quelle: Uni Würzburg

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Wo sich es sich wirklich lohnt, Regenwald zu renaturieren

Projekt zur Renaturierung des ursprünglichen Regenwaldes in Brasilien in der Reserva Ecologica Guapiacu im Bundesstaat Rio de Janeiro. Foto und Copyright: Robin Chazdon

Der Mensch hat bereits riesige Flächen des tropischen Regenwaldes abgeholzt, was dem Klima, der Umwelt und der Menschheit zuliebe bestmöglich wieder rückgängig gemacht werden sollte. Doch welche Regenwälder sollten vorrangig renaturiert werden? Der Senckenberg-Wissenschaftler Aidin Niamir hat jetzt gemeinsam mit internationalen Kolleg*innen detailliert analysiert, wo die Renaturierung von tropischem Regenwald besonders vielversprechend wäre. Die Forscher*innen zeigen, dass sich die Renaturierung lokal besonders in Ostafrika lohnen würde, während flächenmäßig Brasilien am vielversprechendsten ist. Die Studie ist in Science Advances (DOI: 10.1126/sciadv.aav3223) erschienen.

Quelle: Senckenberg

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Wie Aufforstung das Klima beeinflussen kann

Die Karte zeigt die gesamte verfügbare Fläche, auf der Bäume wachsen können (aktueller Waldbestand und für Wiederaufforstung geeignete Fläche). Grafik: Crowther Lab, ETH Zurich

Die weltweite Aufforstung von Wäldern wäre auf einer Fläche von 0,9 Milliarden Hektar möglich und könnte so zwei Drittel der vom Menschen verursachten CO2-Emissionen aufnehmen. Dies wäre die effektivste Massnahme gegen den Klimawandel. Zu diesem Schluss kommt eine aktuell in Science (DOI: http://dx.doi.org/10.1126/science.aax0848) publizierte Studie der ETH Zürich.

Quelle: ETH Zürich

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Gestresste Pflanzen blühen früher

Im Vergleich mit dem Wildtyp zeigen Poco1-Pflanzen (links) einen deutlichen zeitlichen Vorsprung bei der Blütenbildung. Foto und © Prof. Frank Kempken, CAU

Ein Forschungsteam hat einen bisher unbekannten Baustein der Regulation des Blühzeitpunktes charakterisiert: Am Beispiel der Modellpflanze Arabidopsis thaliana haben die Forschenden vom Botanischen Institut der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) einen Zusammenhang zwischen einem bestimmten Protein und dem Blütezeitpunkt identifiziert. Dieses sogenannte Poco1-Protein kommt in einem pflanzlichen Zellorganell, den Mitochondrien vor, deren Rolle in der Blütezeitregulation bisher wenig untersucht wurde. Die CAU-Forschenden aus der Abteilung für Botanische Genetik und Molekularbiologie zeigten, dass durch das Ausschalten des für das Protein verantwortlichen Gens der Blütezeitpunkt signifikant früher stattfindet. Die durch Poco1 beeinflusste Regulation steht zudem möglicherweise im Zusammenhang mit ungünstigen Umweltbedingungen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die auch im neugegründeten Kieler Pflanzenforschungszentrum „Kiel Plant Center“ (KPC) aktiv sind, veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift The Plant Journal (DOI: https://doi.org/10.1111/tpj.14441).

Quelle: CAU

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News · Forschungsergebnis

Künftige Gefahren für die tropische Biodiversität

Die Steigerung der landwirtschaftlichen Produktion bedroht vor allem den Artenreichtum in den Tropen. Eine Studie mit Beteiligung von Forschenden der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) zeigt in Nature Communications, welche Folgen die Ausweitung oder Intensivierung von Ackerbau auf globale Agrarmärkte und Biodiversität hat. Das meldet die Uni beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: LMU beim idw

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Roter Schnee hat einen neuen Namen

Die Alge, die am häufigsten im roten Schnee vorkommt (siehe „Blutrote Schneealge ist Alge des Jahres 2019“ unserer Sektion Phykologie), muss einer neuen Gruppe zugeordnet werden. Das haben Forschende mittels genetischer Analysen von 42 Proben rotgefärbten Schnees von vielen Fundorten auf der ganzen Welt nachgewiesen. Wie Lenka Procházková und Kolleginnen von der Charles Universität in Prag und Thomas Leya vom Fraunhofer IZI-BB in Potsdam im Fachjournal FEMS Microbiology Ecology (DOI: https://doi.org/10.1093/femsec/fiz064, OpenAccess) zeigen, sind die Hauptverursacher des roten Schnees einer bisher unbeschriebenen Gattung mit zwei neuen Arten zuzuordnen. Diese werden Sanguina nivaloides und Sanguina aurantia genannt. Der bisherige Name Chlamydomonas nivalis sollte aufgrund der neuen genetischen Erkenntnisse in Zukunft nicht mehr verwendet werden. Die Sektion Phykologie präsentiert außerdem eine Aufnahme, wie die beiden Algen den Schnee rot sowie orange färben.

Quelle: Sektion Phykologie 

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Globale Datenbank der regionalen Pflanzenvielfalt veröffentlicht

Pflanzen-Checklisten für geografische Regionen wie die Insel Teneriffa bilden die Grundlage für die GIFT-Datenbank. Hier kommen 630 einheimische Pflanzenarten vor. Foto: Holger Kreft, Uni Göttingen

Die Biodiversität nimmt weltweit ab, nicht zuletzt aufgrund der Zerstörung von Lebensräumen durch den Menschen und den Klimawandel. Vor diesem Hintergrund sind Informationen über Pflanzenvielfalt und ihre Verteilung auf dem Planeten von entscheidender Bedeutung. Mit dem Global Inventory of Floras and Traits (GIFT) hat ein Forscherteam um Dr. Patrick Weigelt und Prof. Dr. Holger Kreft einen wichtigen Schritt zur Dokumentation und zum Verständnis der globalen Pflanzenvielfalt getan. Die Ergebnisse der Forschenden von der Universität Göttingen sind im Journal of Biogeography (DOI: https://doi.org/10.1111/jbi.13623) erschienen.

Quelle: Uni Göttingen
(direkt zur Datenbank)

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News · Forschungsergebnis

Die zwei Gesichter des Jekyll Gens

Aktivität des Jekyll-Promoters visualisiert durch Jekprom: GFP (grünes Signal). Foto: Stefan Ortleb und Twan Rutten, IPK

Forschende haben einen Doppelten allelischen Zustand eines Fortpflanzungsgens entdeckt. Wie die Forschenden des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben im Fachmagazin The Plant Journal (DOI: https://doi.org/10.1111/tpj.14363) berichten, ist kommt das Jekyll-Gen in zwei stark divergierten allelischen Formen vor, das unentbehrlich für die Fortpflanzung von Gerste ist.

Quelle: IPK (pdf)

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Feuer schwächen tropische Regenwälder jahrelang

Eine Studie giing erstmals der Frage nach, inwieweit Wälder in der Lage sind, sich von Stressfaktoren wie Feuer und Dürre zu erholen. An der Tanguro Ranch Forschungsstation im brasilianischen Amazonas konnten die Wissenschaftler*innen beobachten, dass die Wälder knapp zehn Jahre nach den letzten Bränden immer noch verfallen. Die Bestände waren anfälliger für Sturmschäden, vor allem an den Waldrändern und ihre Biomasse war deutlich geringer. Die in der Fachzeitschrift Global Change Biology veröffentlichte Studie (DOI: https://doi.org/10.1111/gcb.14659) wurde von Prof. Susan Trumbore, Dr. Mirco Migliavacca und Olaf Kolle vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie mit verfasst.

Quelle: MPI für Biogeochemie

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Spinat-Extrakt führt zu Leistungssteigerungen im Sport

Ein Extrakt aus Spinat kann einer internationalen Studie mit Beteiligung der FU Berlin zufolge zu Leistungssteigerungen im Spitzensport führen. Wie die von der Welt-Anti-Doping-Agentur (World Anti-Doping Agency, WADA) in Auftrag gegebene Krafttrainingsuntersuchung ergab, hat die Substanz Ecdysteron – ein pflanzliches Steroid (Phytosteroid) – nach Einschätzung der beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler starke Effekte auf Muskelzellen. Die Forschenden schlugen der WADA aufgrund ihrer im Journal Arch Toxicology (DOI: https://doi.org/10.1007/s00204-019-02490-x) publizierten Studie vor, die Aufnahme der Substanz in die Liste der verbotenen Substanzen zu prüfen. Phytosteroide sind Substanzen aus der chemischen Klasse von Sterolen, die natürlich in Pflanzen vorkommen. Chemisch leiten sich diese Substanzen von Cholesterol ab.

Quelle: FU Berlin

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Wie Blütenpflanzen ihren Stoffwechsel drosseln

Forschende zeigen im Fachmagazin eLife (https://elifesciences.org/articles/46300), dass Häm nicht nur in Tieren, sondern auch in Pflanzen zur Feedback-Kontrolle in der Tetrapyrrol-Biosynthese beiträgt. Das war bereits seit mehr als 30 Jahren postuliert und wurde nun von einem Team um die Pflanzenphysiologen Dr. Andreas Richter und Prof. Bernhard Grimm von der Humboldt-Universität zu Berlin experimentell bewiesen. Grimm ist überzeugt, dass die Aufklärung des Mechanismuses zukünftig von großem Nutzen sein könnte. „Das wird der Forschung über den Einfluss Häm-vermittelter Feedback-Kontrolle des pflanzlichen Stoffwechsels zur Regulation von Wachstum und Ertrag von Kulturpflanzen Auftrieb verleihen“, so der Wissenschaftler über die am 13. Juni erschienene Studie, die die HU Berlin heute beim Informationsdienst Wissenschaft (idw) der Öffentlichkeit vorstellte.

Quelle: HU Berlin beim idw

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Rätsel um Ursprung der europäischen Kartoffel gelöst

Ein Herbarium-Exemplar der Kartoffel-Pflanzen (Solanum tuberosum), das auf dem Chonos-Archipel in Chile von Charles Darwin während seiner Expedition auf der HMS “Beagle” gesammelt und konserviert wurde. Foto: Cambridge University Herbarium

Woher die europäische Kartoffel stammt haben Forschende um Dr. Hernán Burbano vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie nun im Fachjournal Nature Ecology & Evolution (DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-019-0921-3). Pflanzen, die im 19. Jahrhundert auf einer Expedition des britischen Naturwissenschaftlers Charles Darwin gesammelt wurden, halfen den Forschenden aus Tübingen nun bei der Klärung eines über hundert Jahre alten Diskurses, bei dem es darum ging ob die Ursprünge der europäischen Kartoffel aus Chile oder den Anden stammen. Wie sich herausstellte, haben beide Lager Recht.

Quelle: MPI für Entwicklungsbiologie

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Wie entbehrliche B-Chromosomen vorrangig vererbt werden

Jedes Lebewesen hat eine charakteristische Chromosomenzahl. Etwa 15 % aller eukaryotischer Arten tragen außerdem zusätzliche Chromosomen mit sich, die als B-Chromosomen bezeichnet werden. Anders als die essenziellen Chromosomen sind B-Chromosomen entbehrlich oder sogar schädlich für den Organismus. Oft werden sie bevorzugt vererbt. Diese erhöhte Übertragungsrate in die nächste Generation wird als „Chromosomen-Drive“ bezeichnet, dessen Ursache bislang wenig bekannt war. Forschende des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben konnten jetzt den Mechanismus hinter dem Antrieb von B-Chromosomen beispielhaft im Ziegengras Aegilops speltoides entschlüsseln. Ihre Ergebnisse haben sie nun im Fachmagazin New Phytologist (DOI: https://doi.org/10.1111/nph.15875) veröffentlicht.

Quelle: IPK (pdf)

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News · Forschungsergebnis

Genom der Weisstanne entschlüsselt

Das erstmals sequenzierte Genom stammt von einer Weisstanne in einem Wald in Birmensdorf (Kanton Zürich, Schweiz). Der Baum ist eher ein unscheinbarer Vertreter seiner Art. Foto: Christian Rellstab, WSL

Die Weisstanne ist eine wichtige Baumart für den Wald der Zukunft im Klimawandel. Um sie besser erforschen zu können, hat ein internationales Team unter Mitwirkung der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) nun das umfangreiche Erbgut einer Zürcher Weisstanne entschlüsselt und im Fachjournal Genetics (DOI: https://doi.org/10.1534/g3.119.400083) publiziert.

Quelle: WSL

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News · Forschungsergebnis

Neue Weizensorten für widrige Anbaubedingungen

Anbau des Weizensortiments auf dem Versuchsfeld des JKI in Quedlinburg. Foto: A. Serfling, JKI

„Es ist ein Mythos, dass alte Sorten unter extensiven Bedingungen besonders gut abschneiden. Das haben unsere Versuche gezeigt“, sagt Dr. Holger Zetzsche vom Julius Kühn-Institut (JKI) in Quedlinburg. Die neuesten Sorten lieferten die höchsten Erträge und eine durchschnittliche Ertragssteigerung von etwa 32 kg/ha pro Jahr. Das JKI ist Partner in einem Großprojekt, bei dem 191 Weizensorten an sechs Standorten unter verschiedenen Bedingungen über drei Jahre angebaut wurden. Einer dieser Standorte war der JKI-Hauptsitz in Quedlinburg, der mit seiner Schwarzerde über den besten Ackerboden im Projekt verfügte. Wie die Forschenden herausfanden, sind moderne Weizen-Sorten auch unter schwierigen Bedingungen im Vorteil. Die Ergebnisse veröffentlichte das Team gemeinsam mit ihren Kolleg*innen aus Gießen und Hannover, Kiel, Bonn und dem Australischen Queensland im Fachjournal Nature Plants (DOI: http://doi.org/10.1038/s41477-019-0445-5).

Quelle: JKI

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News · Forschungsergebnis

Signale aus der Pflanzenzelle

Die Aktivität des Ionenkanals TPC1 in der Vakuolenmembran (gelb) ist für die elektrische Erregbarkeit der Vakuole essentiell. Bild: Dawid Jaslan, Uni Würzburg

Was die elektrische Kommunikation der Pflanzen angeht, haben Forschende der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg jetzt eine Wissenslücke geschlossen. Sie fanden heraus, dass der Ionenkanal TPC1 an der elektrischen Erregbarkeit der Pflanzenzelle beteiligt ist. Die Vakuolen von Pflanzenzellen lassen sich elektrisch erregen. Bislang war nicht genau bekannt, welche Funktion dieser Kanal, der auch beim Menschen vorkommt, überhaupt erfüllt. Sie publizierten ihre Ergebnisse im Fachjournal Nature Communications (DOI: doi.org/10.1038/s41467-019-10599-x). Der Züchtung eröffnet das auf lange Sicht vielleicht neue Wege zu Pflanzen, die resistenter gegen Schädlinge, Hitze oder Trockenheit sind – diese Eigenschaften wären angesichts des Klimawandels von Vorteil.

Quelle: Uni Würzburg

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Mikrobiologische Qualität von Gemüse

Das Ergebnis eines dreijährigen Forschungsprojektes über die mikrobiologische Qualität frischer, pflanzlicher Produkte ist nun bekannt (pdf). Im Mittelpunkt des Projektes am Max Rubner-Institut standen gesundheitsschädliche Bakterien, wie Listerien, Salmonellen oder Escherichia coli. Die gute Nachricht: die mikrobiologische Qualität von Gurken, Karotten und Speisepilzen war gut. Die schlechte: Verzehrfertige Mischsalate und Sprossen bleiben mikrobiologisch betrachtet problematisch.

Quelle: Max Rubner-Institut

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Wie Brassinosteroide Wurzeln bei Stickstoffmangel wachsen lassen

Vereinfachtes Modell zur N-abhängigen Wurzelantwort. Grafik: IPK Gatersleben

Bis vor kurzem war die „Foraging Reaktion“ (in etwa „Nährstoff-Such-Reaktion“) die am wenigsten verstandene Anpassung von Wurzeln an den Stickstoffgehalt im Boden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben haben nun den Hormonsignalweg, welcher „Foraging“ bei niedrigem Stickstoffgehalt reguliert, sowie ein Gen für die Anpassung der Reaktionsintensität, identifiziert und im Fachmagazin Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-10331-9) vorgestellt. Die Erkenntnisse ermöglichen die Züchtung neuer Kulturpflanzensorten mit Wurzelsystemen, die Stickstoff effizienter aufnehmen können.

Quelle: IPK (pdf)

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News · Forschungsergebnis

Stärken und Schwächen von Waldschutz-Konzepten

Alte Huteeiche im Urwald Sababurg: früher als Mastbaum bei der Viehhaltung im Wald genutzt, heute ein lebender Habitatbaum, der vielen Arten eine Überlebensmöglichkeit bietet. Foto: Laura Demant, Uni Göttingen

Naturschutz im Wald steht im Spannungsfeld verschiedener Schwerpunktsetzungen und Interessenlagen von Forstwirtschaft, Wissenschaft, Verwaltung und Naturschutzorganisationen. Dabei entsteht in der Öffentlichkeit oft ein Eindruck von Uneinigkeit hinsichtlich der Ziele und Maßnahmen im Waldnaturschutz. Das Team um Laura Demant und Prof. Dr. Erwin Bergmeier der Universität Göttingen, hat gemeinsam mit der HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst Hildesheim/Holzminden/Göttingen sowie der Nordwestdeutschen Forstlichen Versuchsanstalt ein System entwickelt, mit dem Naturschutzziele verglichen werden können. Die Studie ist in der Fachzeitschrift Nature Conservation erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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Gen gegen Wurzelfäule in Schneckenklee identifiziert

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) in Halle konnten in der Modellpflanze Medicago truncatula (Gestutzter Schneckenklee) ein Gen identifizieren, das eine Schlüsselrolle bei der Abwehr von Krankheitserregern spielt, die bei Pflanzen Wurzelfäule verursachen. Die Studie wurde in Kooperation mit Forschern aus Cambridge und Potsdam in Plant Physiology (DOI: https://doi.org/10.1104/pp.19.00278) veröffentlicht und liefert wichtige Erkenntnisse für die Landwirtschaft.

Quelle: IPB Halle

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Dominoeffekt beim Artensterben gefährdet Biodiversität zusätzlich

Die Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Pflanzenarten und ihren Bestäubern verstärken die negativen Effekte des Klimawandels. Wie Forschende der Universität Zürich (UZH) in einer Studie im Fachjournal Scientific Advances (DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aav2539) zeigen, liegt die Gesamtzahl der vom Aussterben bedrohten Arten dadurch deutlich höher, als in bisherigen Modellen vorausgesagt. Die positiven wechselseitigen Interaktionen waren bei der Entstehung der Vielfalt des Lebens auf der Erde entscheidend. Zum Knackpunkt werden sie allerdings, wenn das Aussterben einer Art dominoartig weitere, von ihr abhängige Arten auslöscht und es zu einer sogenannten Ko-Extinktion kommt. Um dies zu untersuchen, analysierte das Forscherteam die Netzwerke zwischen blühenden Pflanzen und ihren Insektenbestäubern in sieben unterschiedlichen Regionen Europas.

Quelle: UZH

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Die Wurzeln der Apfelbäume

Obst in Urform: Die wilden Äpfel im zentralasiatischen Tienschan-Gebirge gehören zu den wichtigsten Vorfahren unserer heutigen Äpfel. Einst dienten Wildäpfel als Nahrung für große Säugetiere, die zum Ende der letzten Eiszeit ausstarben. Später sorgte der Mensch über die Seidenstraße dafür, dass sich Apfelbäume in vielen Regionen Eurasiens verbreiteten. Foto und © Prof. Dr. Martin R. Stuchtey

Eine Studie wirft ein neues Licht auf die Evolution und Kulturgeschichte des Apfels: Das Obst entwickelte bereits vor der Zucht durch Menschen große Früchte, die großen Tierarten als Nahrung dienten. Die Früchte hatten sich demzufolge bereits vor der letzten Eiszeit entwickelt um große Säugetiere anzulocken und darüber ihren Samen zu verbreiten. Später brachten Händler*innen die Bäume zusammen mit anderen Nutzpflanzen über die Seidenstraße in viele Gegenden Eurasiens. Das berichten Forschende aus dem Max-Planck-Institut für Menschheitsgeschichte in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Frontiers in Plant Science (DOI: https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00617).

Quelle: MPI für Menschheitsgeschichte

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Weltweite Verteilung von Phytoplankton

Meeresplankton weist eine erstaunliche Fülle an Formen und Arten aus. Grafik: Meike Vogt und Jorge Martinez-Rey, ETH Zürich

Pflanzliches Plankton im Meer ist nicht nur sehr artenreich – weltweit gibt es zwischen 10.000 bis 20.000 verschiedene Arten –, es ist auch äusserst wichtig für die Meeresökosysteme und das gesamte Leben auf diesem Planeten. Phytoplankton produziert mehr Sauerstoff als alle Regenwälder zusammen. Ausserdem ist es die Grundlage der Nahrungskette der Meere. Wie aber das Phytoplankton geografisch und jahreszeitlich verteilt ist, war bislang kaum bekannt. Ein Team von Forscherinnen und Forschern der ETH Zürich und der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) haben diese Wissenslücke nun verkleinert. In einer Studie im Fachmagazin Science Advances (DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.aau6253) modellierten sie das räumliche und zeitliche Vorkommen von über 530 Phytoplanktonarten. Als Basis für die Verbreitungskarten dienten rund 700.000 Wasserproben aus allen Weltmeeren.

Quelle: ETH Zürich beim idw

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Wie Blattformen entstehen

Mittels Mikroskopie und Computeranalyse können Forschende die Entstehung eines Blattes im Detail verfolgen. Grafik und ©: MPI f. Pflanzenzüchtungsforschung

Wie unterschiedlich Blätter aussehen können, lässt schon ein Blick auf den Salatteller oder in den Garten erkennen. Spinatblätter zum Beispiel besitzen glatte Ränder und sind vergleichsweise einfach gestaltet, während Petersilienblätter tief gekerbt und aus einzelnen Untereinheiten zusammengesetzt sind. Wie Entwicklungsgene das Zellwachstum beeinflussen und solch großen Unterschiede hervorrufen können, haben Forschende vom Kölner Max-Planck-Institut (MPI) für Pflanzenzüchtungsforschung ermittelt. Mit ihrem Wissen konnten die Forschenden um Prof. Dr. Miltos Tsiantis die einfachen Blätter der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) in komplexe Blätter ähnlich denen des Behaarten Schaumkrauts (Cardamine hirsuta) umwandeln, einer verwandten Pflanze mit aus Untereinheiten zusammengesetzten Blättern. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Cell (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.05.011).

Quelle: MPG

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Neues Petersilien-Virus identifiziert

Infizierte Petersilienpflanze. Foto: DSMZ

Forschende haben ein neues Pflanzenvirus beschrieben: Es wurde aus Petersilienpflanzen in einem Garten in Weddel, einem Ortsteil von Cremlingen, in der Nähe der niedersächsischen Großstadt Braunschweig isoliert. Die infizierte Petersilie zeigte Zwergwuchs im Vergleich zu gesunden Pflanzen, was bei einer Verbreitung des Virus zu wirtschaftlichen Einbußen durch Ernteverlust führen könnte. Mithilfe der Next-Generation-Sequenzierung am Leibniz-Institut Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) konnten die Forschenden den neu identifizierten Virus als Nanovirus klassifizieren. Dessen Genomsequenz zeigt, dass es ein neues Mitglied der Familie der Nanoviridae ist. Das sind multipartite Einzelstrang-DNA Viren, die sonst nur Hülsenfrüchte wie zum Beispiel Bohnen, Erbsen oder Linsen befallen. Der Wirtskreis der Nanoviren hat sich also erweitert, so Pflanzenvirenforscher Björn Krenz. Das Virus trägt den Namen „parsley severe stunt-associated virus“ (PSSaV) und wurde mittlerweile auch schon in anderen Teilen Deutschlands gefunden. Die Publikation erschien im Fachjournal Archives of Virology (https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00705-019-04280-3).

Quelle: DSMZ

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Trocken- und Regernwälder regenerieren unterschiedlich

Die vom Menschen dominierte Landschaft im Zentrum Panamas zeigt das Fortschreiten der Regeneration von Wäldern auf Rinderweiden (Vordergrund) zu älteren Sekundärwäldern (Hintergrund). Foto: Dylan Craven

Die Wälder in den Tropen werden in alarmierender Geschwindigkeit abgeholzt, um Platz für Landwirtschaft und Weideland zu schaffen. Die gute Nachricht ist, dass sie auf natürliche Weise nachwachsen können, wenn die Felder verlassen werden. Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung der Uni Göttingen hat herausgefunden, dass verschiedene Regenwaldtypen sich auf unterschiedliche Art regenerieren. Dies hat Folgen für die Wiederherstellung der Wälder, die Artenvielfalt und die Ökologie. Dazu hatten 85 Forscherinnen und Forscher aus 16 Ländern Originaldaten von 50 Standorten, 1400 Parzellen und mehr als 16000 Bäumen in tropischen Wäldern in ganz Lateinamerika gesammelt. Ihre Ergebnisse publizierte das internationale Team im Fachjournal Nature Ecology and Evolution (DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41559-019-0882-6).

Quelle: Uni Göttingen

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Pflanzliche Stammzellen halten die Luft an

Ein Baum kann die Erdatmosphäre mittels der Photosynthese mit über 120 Kilogramm Sauerstoff jährlich anreichern. Allerdings benötigen Pflanzen auch selber Sauerstoff für ihre Energieversorgung. Pflanzenorgane wie Wurzeln oder verholzte Sprosse, die keine Photosynthese betreiben, sind darum anfällig für ungenügende Sauerstoffversorgung, die zu eingeschränkter Produktivität oder gar Ernteausfällen führen kann. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Rheinisch-Westfälisch Technischen Hochschule Aachen (RWTH), der Scuola Superiore Sant'Anna in Pisa, der Universität Kopenhagen sowie der Universität Heidelberg haben jetzt im Fachjournal Nature (DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1203-6) nachgewiesen, dass niedrige Sauerstoffkonzentrationen nicht ausschließlich eine Belastung für Pflanzen sind, sondern zu den Schlüsselbedingungen für die Regulation des Wachstums zählen. Die verminderte Sauerstoffverfügbarkeit trägt also zur Pflanzenentwicklung bei.

Quelle: RWTH

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Wälder tragen weniger zum Klimaschutz bei als vermutet

Dieser Stumpf im Russischen Altai Gebirge ist der Überrest einer Lärche, die bereits im ersten Jahrtausend nach Christus wuchs. Foto: U. Büntgen, WSL

Wenn das Erdklima wärmer wird, wachsen zwar die Bäume schneller. Aber die Zeitspanne, in der sie Kohlenstoff speichern, die so genannte Kohlenstoff-Verweilzeit, wird sich verringern. Das zeigen Forschende mit Beteiligung der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) in einer im Fachjournal Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-10174-4) veröffentlichten Studie. Das könnte ein Dämpfer für den Klimaschutz sein: Mit zunehmenden Temperaturen wachsen Bäume zwar schneller, sie sterben aber auch jünger. Dabei wird der in ihnen gespeicherte Kohlenstoff wieder in den Kohlenstoffkreislauf – und letztlich in die Atmosphäre – zurückgeführt. "Wenn sich der Planet erwärmt, wachsen die Pflanzen schneller. Das legt den Schluss nahe, dass man mehr Kohlenstoff aus der Atmosphäre entfernen könnte, indem man mehr Bäume pflanzt", sagt Erstautor Professor Ulf Büntgen von der University of Cambridge und der WSL. Tatsächlich setzen zahlreiche Klimaschutz-Programme wie beispielsweise die Bonn Challenge darauf, dass durch Aufforstung Klimagase aus der Atmosphäre gebunden werden und der Klimawandel gebremst wird. "Aber das ist nur die halbe Wahrheit. Die andere Hälfte wurde bisher kaum berücksichtigt: dass schnell wachsende Bäume Kohlenstoff über kürzere Zeiträume speichern."

Quelle: WSL

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News · Forschungsergebnis

Lebensmittel produzieren und Artenvielfalt erhalten

Eine strukturreiche Agrarlandschaft wie hier in Rumänien kann die Artenvielfalt fördern. Foto: Laura Sutcliffe

In Naturschutz und Landwirtschaft gibt es zwei gegensätzliche Konzepte, wie eine hohe Artenvielfalt und eine nachhaltige Nahrungsmittelproduktion zu verbinden sei: Naturschutz soll in Produktionslandschaften integriert oder in Form von reinen Schutzgebieten segregiert werden, um auf den Produktionsflächen maximale Erträge zu ermöglichen. Forscherinnen und Forscher der Universität Göttingen plädieren für integrative Lösungsansätze, die Naturschutz und landwirtschaftliche Produktion in nachhaltig bewirtschafteten Agrarlandschaften vereinbaren. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift People and Nature (DOI: https://doi.org/10.1002/pan3.21) erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

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News · Forschungsergebnis

Rotalge kann Freunde anlocken und Feinde abwehren

Biolog*innen des Plymouth Marine Laboratory (UK) und des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel zeigen bei der Rotalge Agarophyton vermiculophyllum, dass sie mittels chemischer Stoffe auf ihrer Oberfläche gezielt Mikroben ansiedelt, die sie gegen Krankheiten schützen. Sie schildern dies in der Fachzeitschrift Journal of Ecology (DOI: https://doi.org/10.1111/1365-2745.13193).

Quelle: GEOMAR

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News · Forschungsergebnis · Politik

Pflanzensterben "betrifft uns alle"

Die Heilpflanze Arnika montana ist in Norddeutschland bereits fast ausgestorben. Foto: V. Duwe, BGBM

Die öffentliche Diskussion zum Artensterben greife zu kurz, sagt Prof. Dr. Thomas Borsch, Direktor des Botanischen Gartens Berlin (BGBM). Im Statement seiner Einrichtung fordert er eine weiterreichende Diskussion zum Artensterben. Er ist alarmiert, weil es auch den früher häufigen Pflanzenarten massiv an den Kragen gehe. „Das große Pflanzensterben betrifft uns alle. Denn ohne pflanzliche Vielfalt gibt es kein Überleben!“, unterstreicht Borsch die Bedeutung von Pflanzen als Grundlage der Natur.

ganzes Interview bei BGBM

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News · Forschungsergebnis

Abstammung und genetische Vielfalt des Brotweizens

Urkorn- und Kulturkorn im Vergleich. Die beiden Weizenmuster stammen aus dem Herbarium der bundeszentralen Ex-situ-Genbank am IPK. Foto: Julie Himpe, IPK

Schon seit der Landwirtschaftlichen Revolution vor rund 12.000 Jahren züchten Menschen selektiv Pflanzen mit vorteilhaften Eigenschaften, wie etwa mit einer hohen Kornzahl oder mit einer Resistenz gegenüber Krankheiten. Im Laufe der Zeit entwickelte sich der Brotweizen Triticum aestivum zu einer der wichtigsten Feldfrüchte der Welt. Forschende katalogisierten nun in einer internationalen Studie die genetische Diversität von 487 Weizen-Genotypen aus verschiedenen Teilen der Welt und stellten diese in Zusammenhang mit agronomischen Eigenschaften. Die Kartierung dieses reichen Pools an genetischer Diversität in Brotweizen unterstreicht die aktuelle Theorie zur Abstammung des Weizens und eröffnet neue Wege in der modernen selektiven Weizenzucht. Die Studie, an der auch Forschende des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben beteiligt waren, erschien bereits am 1. Mai im Fachmagazin Nature Genetics (DOI: doi.org/10.1038/s41588-019-0393-z) und wurde heute der Öffentlichkeit vorgestellt.

Quelle: IPK (pdf)

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News · Forschungsergebnis

Wie Pflanzen in Stress-Situationen kommunizieren

Der Import eines grün fluoreszierenden Proteins in die Chloroplasten unter Stressbedingungen erfolgt normal in Wildtyppflanzen (links), während er in Abwesenheit des GUN1-Proteins gestört ist. Das nicht importierte Protein sammelt sich daher außerhalb der Chloroplasten im Zytoplasma der Zellen an (rechts). Grafiken und ©: Guo-Zhang Wu, MPIMP

Forschende haben die innerzelluläre Kommunikation beim Import kernkodierter Proteine in die Chloroplasten untersucht. Wie das Team um Prof. Ralph Bock am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam-Golm, Wissenschaftlern der Oxford University sowie Dr. Andreas Richter und Prof. Bernhard Grimm von der Humboldt-Universität zu Berlin in einem Artikel im Fachmagazin Nature Plants (DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-019-0415-y) darlegen, dass das GUN1-Protein in den Plastiden als eine zentrale Komponente für den Import zellkernkodierter Proteine in die Chloroplasten agiert, wenn die Entwicklung der Pflanze durch Stress gestört wird. Dazu haben sie Mutanten der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) eingesetzt, denen das GUN1-Protein fehlt. Sie konnten beobachten, dass in den Mutanten nicht genügend Proteine in die Chloroplasten transportiert wurden. Zusätzlich schalteten die Mutanten Gene für Stressproteine der Familie der Hitzeschock-Proteine HSP70 und HSP90 an, um zu verhindern, dass die nicht importierten Proteine Schäden in der Zelle anrichten. Die gemeinsamen Arbeiten zeigen, dass das GUN1-Protein für die innerzelluläre Kommunikation und den optimalen Import von Proteinen in die Chloroplasten insbesondere unter Stressbedingungen von großer Bedeutung ist. Die Erkenntnisse eröffnen auch neue Möglichkeiten, die Anpassung von Nutzpflanzen an ungünstige Umweltbedingungen zu verbessern.

Quelle: MPIMP

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News · Forschungsergebnis

CRISPR/Cas macht Pflanzenviren resistent

Mit der Genschere CRISPR/Cas lassen sich gefährliche Pflanzenviren zerschneiden und unschädlich machen. Es gibt daher Überlegungen, dieses Potenzial für den Pflanzenschutz zu nutzen. Wie das Portal Pflanzenforschung aufzeigt, gibt es inzwischen eine Studie im Fachmagazin Genome Biology (DOI: https://dx.doi.org/10.1186/s13059-019-1678-3) nach der dabei auch resistente Viren entstehen können.

Quelle: Pflanzenforschung

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News · Forschungsergebnis

"Die wesentlichen Treiber des Artensterbens sind menschengemacht“

Die Artenvielfalt nimmt weltweit dramatisch ab. Etwa eine Million der derzeit bekannten rund 8 Millionen Arten an Tieren und Pflanzen ist im Laufe der nächsten Jahrzehnte vom Aussterben bedroht, wenn der Mensch seine Lebensweise nicht gravierend ändert. Dieses Fazit hat der Weltbiodiversitätsrat (IPBES) gestern in seinem Globalen Zustandsbericht der Öffentlichkeit vorgestellt. Helmholtz-Wissenschaftler waren daran maßgeblich beteiligt und haben heute die Hintergründe und Konsequenzen für Deutschland vorgestellt. Zu Land, zu Wasser und in der Luft wird die Zahl der pflanzlichen und tierischen Arten von Jahr zu Jahr geringer. „Die immer stärkere Nutzung von Böden und Meeren, der Klimawandel und die Umweltverschmutzung sind menschengemacht und einige der wesentlichen Treiber des Artensterbens,“ sagt Josef Settele vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Halle. Er ist einer der drei Vorsitzenden des Globalen Zustandsberichts des Weltbiodiversitätsrats. Die Pflanzenproduktion ist dem Bericht zufolge seit 1970 um rund 300 Prozent gestiegen, die Holzproduktion um 45 Prozent. „Jedes Jahr werden weltweit rund 60 Milliarden Tonnen erneuerbare und nicht erneuerbare Rohstoffe aus der Natur gewonnen – das entspricht nahezu einer Verdopplung seit 1980“, sagt Ralf Seppelt (UFZ Leipzig), Landschaftsökologe und Leitautor im Kapitel „Szenarien und Wege in eine nachhaltige Zukunft“. Mehr als ein Drittel der Landoberfläche und fast 75 Prozent der Süßwasserressourcen würden derzeit für die Pflanzen- oder Viehproduktion genutzt. „Wir stoßen hier allmählich an natürliche Grenzen des Machbaren.“

Quelle: Helmholtz

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Wie die Kartoffel zur Sonnenanbeterin wird

Das Team um Prof. Dr. Uwe Sonnewald (hinten rechts) FAU hat Kartoffel-Pflanzen erzeugt, die der Hitze trotzen. Foto: Rabih Mehdi, FAU

Sind die Temperaturen zu hoch, bilden Kartoffeln deutlich weniger oder mitunter gar keine Knollen mehr. Biochemiker*innen der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben nun herausgefunden, woran das liegt: Steigt die Temperatur, blockiert eine sogenannte „kleine RNA“ die Knollenbildung. Die kleine Ribonukleinsäure (RNA) besteht aus etwa 19 Nukleotiden und reguliert die Knollenbildung temperaturabhängig: Bei niedrigeren Temperaturen ist sie inaktiv. Den Forschenden ist es gelungen, diese kleine RNA auszuschalten und so wärmeresistente Kartoffelpflanzen zu erzeugen – angesichts des Klimawandels ein wichtiger Beitrag, um Ernteerträge auch in Zukunft zu sichern. Ihre Ergebnisse haben die Forschenden in der Fachzeitschrift Current Biology (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.04.027) veröffentlicht.

Quelle: FAU

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Was das Erbgut des Weizens über Kriege verrät

Erst kartierten sie das Genom des Weizens, jetzt rekonstruierten sie seine Züchtungsgeschichte: Wissenschaftler*innen des Helmholtz Zentrums München haben in der „WHEALBI-Studie“ gemeinsam mit anderen Forschenden aus Europa die genetische Vielfalt verschiedener Weizensorten untersucht. Sie fanden heraus, welche Getreide unsere Vorfahren kultivierten, woher der heutige Weizen stammt und was der Kalte Krieg damit zu tun hat. Die Ergebnisse hat das Fachmagazin Nature Genetics (DOI: https://doi.org/10.1038/s41588-019-0393-z) jetzt veröffentlicht.

Quelle: Helmholtz Zentrum München

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Photosynthese und Chlorophyll wirken enger zusammen als bekannt

Wie Forschende der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) in der Zeitschrift Communications Biology (DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-019-0395-5) zeigen, ist der Stoffwechselweg von Chlorophyll von einem funktionsfähigen photosynthetischen Elektronentransport abhängig. Das Team um Dr. Pawel Brzezowski und Prof. Dr. Bernhard Grimm und Forschende vom Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) in Frankreich beschreibt den neuen und entscheidenden regulatorischen Zusammenhang zwischen der Chlorophyllbiosynthese und der Photosynthese anhand von Mutanten der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii, die einen Defekt in dem Elektronentransfer der photosynthetischen Elektronentransportkette aufwiesen.

Quelle: HU Berlin

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News · Forschungsergebnis

Schleichender Verlust von Pflanzen-Wissen bedroht indigene Gemeinschaften

Was indigene Gemeinschaften in Südamerika über Pflanzen wissen, ist meist nirgends schriftlich festgehalten. Nun haben Ökologen der Universität Zürich in mehreren Regionen alles Wissen über Palmen gesammelt und als Netzwerk dargestellt. Dabei stellte sich heraus, dass besonders der gleichzeitige Verlust von Biodiversität und Wissen das wirtschaftliche Überleben indigener Menschen gefährdet. Das berichten die Forschenden der Uni Zürich im Fachjournal PNAS (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1821843116).

Quelle: Uni Zürich

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Stammzellen-Programm zur Wundheilung reaktiviert

Die unterschiedlichen Zelltypen einer Wurzelspitze teilen sich fortwährend und stammen von einigen wenigen Stammzellen in der Stammzellnische am untersten Ende der Wurzelspitze ab (weiße Zellen). Grafik: Lukas Hörmayer, IST Austria

Bereits spezialisierte Wurzelzellen können ihren Zellteilungsmodus ändern, um zerstörte Nachbarzellen mit korrektem Zelltyp zu ersetzen. Das beschreiben Forschende des Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) nun im Fachmagazin Cell (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.04.015). Wird pflanzliches Gewebe verletzt oder zerstört, füllen angrenzende Zellen die Lücke mit ihren Tochterzellen. Welche Zellen sich jedoch teilen, um die Wunde zu heilen und wie sie es schaffen, den korrekten Zelltypus des verletzten Gewebes zu produzieren, war bislang nicht bekannt. Wie die Wissenschafter*innen nun zeigen, repaireren vorwiegend die Nachbarzellen an der Innenseite der Wunde das kaputte Gewebe, indem sie Stammzellen-ähnliche Eigenschaften annehmen.

Quelle: IST Austria

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News · Forschungsergebnis

Zwei Margeriten-Gattungen auf unterschiedlichen evolutionären Wegen

Die Gattung Leucanthemum (Europäische Margeriten, links) baute in den letzten 1,6 Millionen Jahren einen umfangreichen Polyploidkomplex auf. Foto: Dr. Roland Greiner. Die nah verwandten nordafrikanischen Margeriten (Rhodanthemum, rechts) bildeten zwar ebenfalls viele Arten heraus, blieben aber auf dem diploiden Niveau. Foto: Florian Wagner

Die Entstehung neuer Arten durch Vervielfachung des Chromosomensatzes (Polyploidisierung) trug zur pflanzlichen Biodiversität auf unserer Erde bei. Etwa 30 bis 35 Prozent aller Blütenpflanzen, darunter viele Nutzpflanzen wie Weizen, Kartoffel, Baumwolle, Raps, Mais oder Kaffee, haben mehrere Chromosomensätze. Die Frage, warum manche Pflanzengruppen durch Polyploidisierung evolvieren, während andere davon völlig unberührt bleiben, stellten sich jetzt Forschende der Universität Regensburg und der Freien Universität Berlin. Wie sie im Fachmagazin New Phytologist (DOI:  https://doi.org/10.1111/nph.15784) beschreiben, fördert eine hohe genetische Divergenz und häufige zwischenartlicher Hybridisierung die Polyploidisierung. Im Falle der europäischen Margeriten führten beide Phänomene zur Entstehung eines Polyploid-Komplexes, der Arten mit 2- bis 22-fachen Chromosomensatz umfasst. Nach Ansicht der Forschenden spielten dabei auch geologische Gegebenheiten während des Wechsels von Warm- und Kaltzeiten in den vergangenen 1,6 Millionen Jahren eine wichtige Rolle.

Quelle: Uni Regensburg

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News · Forschungsergebnis

In der Wüste hilft Wachs beim Überleben

Die Würzburger Biologen Markus Riederer (links) und Amauri Bueno fanden heraus, warum die Blätter der Dattelpalme selbst bei Temperaturen von über 50 Grad nicht vertrocknen. Foto: Uni Würzburg

Die Blätter von Dattelpalmen können sich auf Temperaturen um 50 Grad Celsius erhitzen. Das überleben sie dank einer speziellen Wachsmischung, die für das Dasein in der Wüste essenziell ist. Im Jahr 1956 entdeckte der Würzburger Botaniker Otto Ludwig Lange (im Jahr 2017 verstorbenes Ehrenmitglied der DBG, siehe auch Nachruf) in der mauretanischen Wüste in Westafrika etwas Interessantes: Er fand Pflanzen, deren Blätter bis zu 56 Grad heiß werden können. Dass Blätter eine solche Hitze aushalten, ist erstaunlich. Der Lange vermochte seinerzeit nicht zu sagen, welche Mechanismen dafür verantwortlich sind, dass die Blätter bei diesen Temperaturen nicht austrocknen. Mehr als 50 Jahre später ist es Forschenden um Markus Riederer und Amauri Bueno von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) gelungen, das Geheimnis zu lüften. Das berichtet die Universität nun über die im Januar im Fachmagazin Journal of Experimental Botany (DOI: https://doi.org/10.1093/jxb/erz018) erschienene Studie.

Quelle: Uni Würzburg

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News · Forschungsergebnis

Längeres Leben für Photosynthese-Elektroden

Wolfgang Schuhmann, Fangyuan Zhao, Adrian Ruff und Felipe Conzuelo (von links) sorgen für langlebige Bioelektroden. Foto und ©: Marquard, RUB

Proteine, die an der Photosynthese beteiligt sind, lassen sich nutzen, um kostengünstig und effizient Strom aus Sonnenenergie herzustellen. Doch obwohl diese Proteine wie das Photosystem I von Natur aus robust sind, ist die Lebensdauer isolierter Proteinkomplexe in halbkünstlichen Elektroden deutlich kürzer. Deswegen ist die technologische Anwendung solcher Bioelektroden noch begrenzt. Ein Forscherteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat jetzt im Fachmagazin Journal of the American Chemical Society (DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.8b13869) gezeigt, dass der Betrieb in sauerstofffreier Umgebung die Lebensdauer der Bioelektrode deutlich verlängert.

Quelle: RUB

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News · Forschungsergebnis · Politik

Forschende fordern Umdenken bei Renaturierungen

Der Fluss Peene und Überschwemmungsgebiete beim Anklamer Stadtbruch in Deutschland. Foto: Solvin Zankl, Rewilding Europe

Egal, ob einzelne Auenlandschaften oder ganze Nationalparks: Der Erfolg von Renaturierungsprojekten hängt nicht nur davon ab, ob einzelne Pflanzen- oder Tierarten wieder in einem Gebiet angesiedelt werden. Wie ein internationales Forscherteam unter Leitung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig zeigt, geht es vielmehr darum, dem geschädigten Ökosystem zu helfen, sich selbst zu regenerieren und zu erhalten. In der aktuellen Ausgabe von Science (DOI: 10.1126/science.aav5570) beschreiben sie, wie Rewilding-Maßnahmen besser geplant und umgesetzt werden können – und welche Vorteile sich daraus für den Menschen ergeben.

Quelle: MLU

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News · Forschungsergebnis

Algen-Mitochondrien ohne DNA

Ein gesunder Dinoflagellat der Gattung Alexandrium. Foto: Yameng Lu, AWI

Die Mitochondrien der parasitischen Algen Amoebophrya ceratii aus der Gruppe der Dinoflagellaten scheinen auch ohne eigenes Erbgut einwandfrei zu funktionieren. Trotz aller akribischen Fahndungsarbeit hat das Team um Uwe John, Biologe am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) keine Spur davon gefunden. Zwei Gene sind offensichtlich verschwunden, das dritte, die Cytochrom c Oxidase 1 (COX1 oder COI) ist in den Zellkern gewandert. Gefunden haben die Forscherinnen und Forscher ihr Studienobjekt innerhalb der Zellen von anderen Dinoflagellaten aus der Gattung Alexandrium. Zu der gehören etliche Arten, die als marine Giftmischer berüchtigt sind und bei Massenentwicklungen dazu neigen, giftige Algenblüten zu bilden. Ganze Teppiche aus diesen Einzellern treiben mitunter im Wasser und produzieren das auch für Menschen gefährliche Nervengift Saxitoxin. Doch es gibt Parasiten, die solche Algenblüten eindämmen können. Zu diesen gehört eine Art namens Amoebophrya ceratii, die im Mittelpunkt der aktuellen Studie stand. Das berichtet ein Team im Fachjournal Science Advances (DOI: 10.1126/sciadv.aav1110).

Quelle: AWI

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News · Forschungsergebnis

Wie Licht Gehirnaktivitäten anstoßen kann

Max Dreier, Klaus Gerwert und Stefan Tenningkeit (von links) betrachten die Darstellung eines Proteins. Foto und © Kramer, RUB

Die Optogenetik erlaubt es, Gehirnprozesse mit Licht zu steuern. Sie beruht auf der Nutzung lichtgesteuerter Proteine wie dem Channelrhodopsin-2, einem Ionenkanal, der sich bei Lichteinwirkung öffnet und damit zelluläre Prozesse aktivieren kann. Seine Arbeitsweise haben Forschende der Ruhr-Uni-Bochum (RUB) gemeinsam mit Kolleg*innen der Humboldt-Universität zu Berlin nun in der Fachzeitschrift PNAS dargelegt (DOI: 10.1073/pnas.1805868115). Der eingesetzte Ionenkanal wurde einst durch Grundlagenforschung an der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii entdeckt.

Quelle: RUB

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News · Forschungsergebnis

Vielfalt kann ökologische und ökonomische Vorteile bringen

Zwischenfruchtanbau wie hier im Landkreis Celle ist Teil der Diversifizierung in der Landwirtschaft. Foto: Julia Rosa-Schleich

Eine Diversifizierung in der Landwirtschaft durch lange Fruchtfolgen oder Strukturelemente wie Hecken und Blühstreifen ist für die Artenvielfalt und viele ökologische Prozesse von Vorteil, oft aber auch mit Kosten für Landwirtinnen und Landwirte verbunden. Welche Maßnahmen sowohl mit ökologischen als auch mit ökonomischen Vorteilen verbunden sind, haben Forschende der Uni Göttingen mit einer systematischen Literaturrecherche untersucht. „Längere Fruchtfolgen, Mischkulturen, Untersaaten, Zwischenfrüchte, pfluglose Bodenbearbeitung, Agroforstsysteme und Strukturelemente wie Blühstreifen oder Hecken erhöhen erheblich die Artenvielfalt, können aber auch den Ertrag stabil halten und damit das Ertragsrisiko mindern“, sagt Erstautorin Julia Rosa-Schleich aus der Abteilung Agrarökologie. „Eine solche Diversifizierung kann auch den Schädlings- und Unkrautdruck verringern, so dass der Landwirt dann Kosten für Bekämpfungsmaßnahmen einsparen kann.“. Maßnahmen zur Diversifizierung können auch kombiniert werden wie bei der Verbindung von Nutztierhaltung mit Ackerbau, der konservierenden Bodenbearbeitung oder der Ökologischen Landwirtschaft. Die Ergebnisse erschienen in der Fachzeitschrift Ecological Economics (DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2019.03.002).

Quelle: Uni Göttingen

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News · Forschungsergebnis

Wie Pflanzen sich zur Wehr setzen

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

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News · Forschungsergebnis

Zusammenspiel von Nütz- und Schädling beeinflusst die Pflanzenevolution

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

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News · Forschungsergebnis

Kaninchen gefährden Pflanzenvielfalt auf Teneriffa

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

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Biotech-Trick für Ersatz von Stärke

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

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Meta-Analyse: Ertragssteigerung vs. Biodiversitätsverlust

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

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News · Forschungsergebnis

Domestikation: Vom Emmer zum Pastaweizen

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)

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Pflanzen-Vielfalt erhöht Insekten-Vielfalt

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

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Erbgut des Pasta-Weizens kartiert

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

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Wie sich Pflanzen vor Erregern schützen

Zwei Studien liefern strukturelle Einblicke in die Art und Weise, wie Pflanzen ihr Immunsystem aktivieren. Resistenzen gegen mikrobielle Krankheitserreger zu entwickeln, ähnelt der Strategie von Tieren – und das, obwohl Pflanzen und Tiere durch mehr als eine Milliarde Jahre Evolution getrennt sind. Das belegen die beiden Publikationen, aus dem Labor des Alexander von Humboldt-Professors Jijie Chai an der Universität zu Köln, die beide im Fachjounal Science erschienen sind. Chai und sein Team beobachteten zusammen mit Forscherinnen und Forschern der Tsinghua University und der Chinese Academy of Sciences in Peking die einzelnen molekularen Schritte in der zeitlichen Abfolge des Schutz-Mechanismus mithilfe der hochauflösenden Kryo-Elektronenmikroskopie. Den beiden Studien zufolge entwickeln Pflanzen Resistenzen gegen bestimmte Krankheitserreger, indem sie gerade inaktive NLR-Moleküle aus dem Plasma in daueraktive Komplexe umwandeln. Die beiden Studien sind fgolgendermaßen betitelt: Ligand-triggered allosteric ADP release primes a plant NLR complex (DOI: https://doi.org/10.1126/science.aav5868) und Reconstitution and structure of a plant NLR resistosome conferring immunity (DOI: https://doi.org/10.1126/science.aav5870).

Quelle: Uni Köln

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Pflanzenhormon Auxin kann das Wachstum auch hemmen

Erhöhte Auxinkonzentration (blaue Bereiche) an der konkaven Seite des apikalen Hakens eines Keimlings von Arabidopsis thaliana. Aufnahme: Marçal Gallemí Rovira und Eva Benkova group, IST Austria

An der Innenseite der gekrümmten Sprossachse eines Pflanzenkeimlings hemmt die Anhäufung von Auxin das Zellwachstum – entgegengesetzt der bekannten wachstumsanregenden Wirkung von Auxin in vielen anderen Teilen der Pflanze. Das berichten Forschende vom Institute of Science and Technology (IST) Austria im Fachjournal Nature (DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41586-019-1069-7) Die ausgelöste wachstumshemmende Signalkaskade erkläret die Bildung jener typischen Krümmung der Sprossachse, welche der jungen Pflanze nach der Keimung hilft, die Bodendecke zu durchbrechen.

Quelle: IST

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Herkunft des Safran-Krokus ins griechische Attika zurückverfolgt

Crocus cartwrightianus, der wilde, in Griechenland beheimatete Vorfahre des Gewürz-Krokus. Foto: Frank Blattner, IPK Gatersleben

Der Vorfahre des Safran-Krokus (Crocus sativus), aus dessen Narben das teuerste Gewürz der Welt gewonnen wird, stammt aus Attika. Das berichten Forschende vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) im Fachjournal Molecular Phylogenetics and Evolution (DOI: https://doi.org/10.1016/j.ympev.2019.03.022). Wie sie zeigten, entstand Safran im griechischen Attika durch die Kombination zweier verschiedener Genotypen der wilden Krokus-Art Crocus cartwrightianus. Über die Herkunft des Safran-Krokus wird schon lange spekuliert, da dieses Wissen Pflanzenzüchtern ermöglichen würde, genetische Diversität in die sonst genetisch uniforme Pflanzenart zu bringen. Denn der Safran-Krokus ist eine triploide und männlich-sterile Pflanze, weshalb sie lediglich vegetativ aus Tochterknollen vermehrt werden kann. Deshalb kann die Qualität des Safrans bislang kaum durch das Kreuzen verschiedener Kulturvarietäten verbessert werden. Somit sind alle modernen Safran-Pflanzen genetisch nahezu identisch. Die  Forschungsergebnisse eröffnen nun neue Möglichkeiten. Die Ergebnisse dieser Untersuchung wurden durch eine unabhängige, komplementierende Studie der TU Dresden bestätigt (wir berichteten).

Quelle: IPK (pdf)

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Organellen ohne Membranen stellen künstliche Proteine her

Einem Forscherteam um den Chemiker Prof. Dr. Edward Lemke, Synthetische Biophysik, ist es gelungen, eine membranlose Organelle in einer lebenden Zelle zu erzeugen und damit selektiv Proteine herzustellen, in die synthetische Aminosäuren eingebaut sind. Über diese chemisch erzeugten Aminosäuren ist es möglich, die Zellen mit völlig neuen Funktionen auszustatten. Beispielsweise könnten fluoreszierende Bausteine eingebaut werden, die mit bildgebenden Verfahren einen Blick ins Innere der Zelle erlauben. Die Forschungsarbeit der Gruppe ist in Zusammenarbeit der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) mit dem Institut für Molekulare Biologie (IMB) und dem European Molecular Biology Laboratory (EMBL) erfolgt und wurde im renommierten Wissenschaftsmagazin Science (DOI: https://doi.org/10.1126/science.aaw2644) veröffentlicht.

Quelle: JGU

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„Neue Züchtungs-Technologien können Welternährung verbessern“

Neue Züchtungstechnologien können helfen, die Landwirtschaft in Entwicklungsländern ertragreicher zu machen. Dieses Foto zeigt Kleinbauern in Malawi, die Erbsen vor ihrem Gehöft schälen. Foto: S. Koppmair, Uni Göttingen

Neue Technologien in der Pflanzenzüchtung können einen wichtigen Beitrag dazu leisten, den Welthunger zu bekämpfen und die globalen Nachhaltigkeitsziele zu erreichen – das hat ein internationales Forscherteam unter Beteiligung der Universität Göttingen aufgezeigt. Vor allem die Genomeditierung mit Verfahren wie CRISPR/Cas könne helfen, die Landwirtschaft ertragreicher und umweltfreundlicher zu machen. Die Forschenden mit Beteiligung der Georg-August-Universität Göttingen plädieren dafür, diese neuen Technologien verantwortungsvoll zu nutzen und zu fördern. Das Positionspapier wurde in der Fachzeitschrift Science (DOI: https://doi.org/10.1126/science.aav6316) veröffentlicht. „Auch in der Vergangenheit haben Pflanzenzüchtung und andere Agrartechnologien erheblich dazu beigetragen, die Welternährung zu verbessern“, sagt Prof. Dr. Matin Qaim, Agrarökonom an der Universität Göttingen, der an dem Papier beteiligt ist. Allerdings hätten sich durch den erhöhten Chemieeinsatz auch Umweltprobleme ergeben. Zukünftige Technologien müssten diese Umweltprobleme reduzieren und die Landwirtschaft gleichzeitig robuster gegen Klimastress machen, fordert er. Prognosen zeigen, dass vor allem Kleinbauern in Afrika und Asien unter dem Klimawandel leiden werden.

Quelle: Uni Göttingen

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"Big Data" für die Artenvielfalt

Big Data spielt auch bei der Erforschung von Biodiversität eine immer größere Rolle. Göttinger Forscher zeigen nun wie dieses Potential besser genutzt werden kann. Foto und Grafik: Holger Kreft

„Big Data“ und Analysen im großen Maßstab sind für die Biodiversitätsforschung entscheidend, um herauszufinden, wie Pflanzen- und Tierarten weltweit verteilt sind und wie Ökosysteme funktionieren. Wie man die Daten etwa aus Sammlungen, biologischen Fachbüchern und lokalen Datenbanken am besten zusammenfügt, um sie ins digitale Zeitalter zu überführen und für die Forschung nutzbar zu machen, haben Forscherinnen und Forschende der Universität Göttingen am Beispiel von Pflanzenarten untersucht. „Die Auflösung der Daten ist entscheidend für die Aussagekraft und Verlässlichkeit von Studien zur Biodiversität“, sagt Erstautor Dr. Christian König aus der Abteilung Biodiversität, Makroökologie und Biogeographie. Der grundsätzliche Kompromiss dabei: Je detaillierter die Daten, desto geringer die Verfügbarkeit und Repräsentativität auf globalem Maßstab – und oft sind die Datenlücken dort besonders groß, wo die Artenvielfalt besonders hoch ist. Die Forschenden belegen diesen Zusammenhang anhand von zwei Fallstudien, in denen sie globale Muster in der Wuchsform und Samengröße von Pflanzenarten auf Grundlage unterschiedlicher Datentypen modellieren. Ihre Ergebnisse publizierten sie in der Fachzeitschrift PLOS Biology (DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000183).

Quelle: Uni Göttingen

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Reis: Phosphor-Stickstoff-Balance entscheidet über Ertrag

Ein neu entdeckter Mechanismus beim Pflanzenwachstum könnte künftig dazu beitragen, auf nachhaltige Weise höhere Reis-Ernten zu erzielen. Dies legt eine Veröffentlichung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Peking (China) in Zusammenarbeit mit Professor Dr. Stanislav Kopriva vom Exzellenzcluster CEPLAS nahe. Entscheidend für den Ertrag sei demnach die Balance aus Stickstoff (N) und Phosphor (P). Beide Nährstoffe, an denen sich die Pflanze über ihre Wurzeln aus dem Boden bedient, interagieren stärker miteinander als bislang bekannt. Die Studie, in der Asiatischer Reis untersucht wurde, erschien in der Fachzeitschrift Nature Plants (DOI: https://doi.org/10.1038/s41477-019-0384-1).

Quelle: Uni Köln

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Niedrige Mutationsrate der Vielwurzeligen Teichlinse

Großaufnahme der Vielwurzeligen Teichlinse. Von den Wasserlinsen untersuchten die Forschenden Proben aus 68 Gewässern weltweit. Foto: Klaus J. Appenroth

Warum die Entengrützen-Art Vielwurzelige Teichlinse (Spirodela polyrhiza) eine geringe genetische Vielfalt trotz großer Populationsgröße aufweist: Eine niedrige Mutationsrate trägt hierzu bei. Die Ergebnisse haben die Forschenden von der Uni Münster und des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena im Fachjournal Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-09235-5) publiziert. Sie sind wichtig für Erkenntnisse zur Evolution von Pflanzen sowie für die Nutzung der Pflanzen in der Grundlagenforschung und Industrie.

Quelle: Uni Münster

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Welche Tiere die fleischfressende Wasserfalle erbeutet

Die fleischfressende Wasserfalle fängt alles, was in die Falle passt und den Schnappmechanismus auszulöst. Foto: Plant Biomechanics Group Freiburg

Erstmals detailliert ist nun die „Speisekarte“ der fleischfressenden Wasserfalle (Aldrovanda vesiculosa) rekonstruiert worden. Wie die Forschenden der Uni Freiburg zeigen, weist die Pflanze keinerlei Beutetierpräferenz auf. Sie fängt alles, was in die Falle passt und den Schnappmechanismus auszulösen vermag. Die Ergebnisse hat das Team der Biolog*innen Dr. Simon Poppinga, Anna Westermeier und Prof. Dr. Thomas Speck in Kooperation mit Forschenden der Ruhr-Universität Bochum sowie des Instituts für Botanik der Tschechischen Akademie der Wissenschaften in Třeboň nun im Open-Access-Journal Integrative Organismal Biology (DOI: https://doi.org/10.1093/iob/oby012) veröffentlicht.

Quelle: Uni Freiburg

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News · Forschungsergebnis

Wie verletzte Pflanzenzellen ihre Nachbarn warnen

Einzelne Wurzelzellen der Ackerschmalwand wurden mit einem hochfokussierten Laserstrahl verwundet, um die Immunreaktion der Pflanzen zu untersuchen. Foto: Uni Basel

Was passiert wenn eine Pflanze verletzt wird, schildert ein internationales Forschungsteam um Prof. Thomas Boller der Universitäten Basel und Gent in der Fachzeitschrift Science  (DOI: https://doi.org/10.1126/science.aar7486): Bei Verletzungen reagieren Pflanzen mindestens genauso schnell wie Tiere und Menschen. Sie besitzen ein hochentwickeltes zelluläres Kommunikationssystem, das innerhalb von Sekunden Alarm schlägt. Dabei setzen die Pflanzenzellen ein spezifisches Hormon frei, um Prozesse der Wundheilung und Infektionsabwehr in Gang zu bringen. Als Modellpflanze diente in der vorliegenden Studie die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Die Erkenntnisse über das pflanzliche Immunsystem kann für neue Ansätze im nachhaltigen Pflanzenbau genutzt werden.

Quelle: Uni Basel

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Optischer Sensor könnte Pflanzenzüchtung beschleunigen

Dr. Jan Behmann (links) und Dr. Matheus T. Kuska betrachten ein Reflexionsspektrum. Foto: Anna Brugger, INRES-Institut der Uni Bonn

Forschende der Uni Bonn haben in einer Pilotstudie untersucht, wie die Reflexions-Eigenschaften von Gerstenpflanzen, die mit Echtem Mehltau (eine Pilzkrankheit) infiziert waren, mit der Aktivität ihrer Gene zusammenhängen. Auch wenn Der endgültige Beweis, dass Gen-Aktivitäten sich durch spezifische Reflexionsmuster verraten, noch aussteht, sind die Froschenden froh zum ersten Mal gezeigt zu haben, dass mit Hilfe hyperspektraler Bilder solche Zusammenhänge aufgedeckt werden konnten. In Zukunft kann dies möglicherweise die Züchtung resistenter Sorten deutlich vereinfachen. Die Studie Die Studie der Forschenden vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaft und Ressourcenschutz (INRES) ist in der Zeitschrift PLOS ONE (DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0213291) erschienen.

Quelle: Uni Bonn

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Pflanzen-Wirkstoff bremst aggressiven Augenkrebs

Das Forscherinnenteam um Prof. Evi Kostenis (Mitte), Prof. Dr. Gabriele M. König (links) und Suvi Annala (rechts) mit einer Korallenbeere. Foto: Volker Lannert, Uni Bonn

Pharmazeut*innen und Mediziner*innen haben bei einer bereits seit 30 Jahren bekannten Substanz aus den Blättern der Korallenbeere (Ardisia crenata) eine neue Fähigkeit entdeckt: Sie vermag die Teilungsaktivität der Zellen in Augentumoren zu unterbinden. In seinen Blättern beherbergt die Pflanze Bakterien, die ein natürliches Insektizid produzieren – ein Gift mit dem kryptischen Namen FR900359, abgekürzt FR. In der Fachzeitschrift Science Signaling (DOI: https://doi.org/10.1126/scisignal.aau5948) stellen die Forschenden der Universitäten Bonn und Magdeburg gemeinsam mit US-Kolleg*innen ihre Ergebnisse vor. Die Pflanze ist übrigens alles andere als selten: Zur Weihnachtszeit steht sie in vielen Gartencentern.

Quelle: Uni Bonn

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Zwei Drittel weniger Tagfalter neben intensiv bewirtschafteten Flächen

Der Magerrasen-Perlmuttfalter (Boloria dia) kann nur auf naturnahen Trockrasenflächen angetroffen werden und ist deshalb durch die landwirtschaftliche Intensivierung bedroht. Foto: Schmitt, Senckenberg

Senckenberg-Wissenschaftler Thomas Schmitt hat in einem deutsch-polnischen Team die Auswirkungen verschiedener Landnutzungsmodelle auf die Schmetterlingsfauna untersucht. Die Forschenden zeigen, dass es auf Wiesen mit angrenzender intensiver Landwirtschaft nicht einmal die Hälfte der Tagfalterarten gibt, wie auf Flächen in Naturschutzgebieten. Die Zahl der Individuen sinkt sogar auf ein Drittel ab. In ihrer kürzlich im Fachjournal Insect Conservation and Diversity (DOI: https://doi.org/10.1111/icad.12343) erschienenen Studie unterstreichen die Wissenschaftler*innen die Notwendigkeit einer umweltverträglicheren Landwirtschaft.

Quelle: Senckenberg

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Auenwälder von Sommertrockenheit und Konkurrenz bedroht

Von Eichen dominierter Auenwald. Foto: Albert Reif

Forschende warnen vor den Auswirkungen von Sommertrockenheit und Konkurrenz um Grundwasser auf Auenwälder. Wie ein Team vom Institut für Forstwissenschaften der Universität Freiburg zeigt, schadet die Entnahme von Grundwasser für Industrie und Haushalte den Auenwäldern in Europa zunehmend, angesichts intensiverer und längerer Trockenphasen im Sommer. Ausgangspunkt der Studie des Freiburger Teams war die Beobachtung, dass die Vitalität alter Bäume in den Eichenwäldern des Rheintals deutlich abgenommen und die Mortalität deutlich zugenommen zu haben schien. Die Arbeitsgruppe des Waldökologen Prof. Dr. Jürgen Bauhus untersuchte daraufhin, ob diese Trends sich auch anhand der Wachstumsverläufe der Bäume erkennen ließen und ob sie mit der vielerorts stattfindenden Grundwasserentnahme für Industrie und Haushalte zusammenhängen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Frontiers In Forests and Global Change (DOI: https://doi.org/10.3389/ffgc.2019.00005) veröffentlicht.

Quelle: Uni Freiburg

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Artenvielfalt über- und unterirdisch nicht immer gleich

Die globale Verteilung der Überlappung oberirdischer sowie unterirdischer biologischer Vielfalt. Grafik: Conservation Biology, Uni Leipzig

Wie Forschende herausfanden, ist die Biodiversität ungleich verteilt: Auf etwa 30 Prozent der terrestrischen Oberfläche unseres Planeten eine große Artenvielfalt an Flora, Fauna und Mikroben im Boden herrscht, jedoch über der Erde deutlich weniger Arten leben. Das zeigt ein internationales Forscherteam unter Leitung der Uni Leipzig und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) in aufwändigen Studien, die nun im Fachmagazin Conservation Biology (DOI: https://doi.org/10.1111/cobi.13311) veröffentlicht wurden.

Quelle: Uni Leipzig

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Lang ökologisch bewirtschaftete Ackerböden emittieren weniger Lachgas

Bodengasmessungen in Kleegras-Parzellen. Foto: Thomas Alföldi, FiBL

Langfristig ökologisch bewirtschaftete Ackerböden emittieren weniger Treibhausgase pro Hektar als konventionell bearbeitete Böden. Auch pro Tonne Ertrag ist dieser Wert geringer oder – beim Anbau von Mais – gleich hoch. Dies geht hervor aus einer Studie zu einem weltweit einmaligen Langzeit-Feldversuch, die der Gießener Agrarwissenschaftler Professor Dr. Andreas Gattinger von der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) inne. Die Ergebnisse sind in der Online-Ausgabe des Wissenschaftsjournals Scientific Reports (DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-018-38207-w) veröffentlicht worden.

Quelle: JLU

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Chloroplasten veranstalten ein evolutionäres Wettrüsten

Nachtkerzen im Sommergewächshaus am MPI-MP. Foto: David Ausserhofer

Die Vererbung des Chloroplasten-Genoms wird über den Fettsäure-Stoffwechsel reguliert, haben Forschende Anfang des Monats im Fachmagazin PNAS (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1811661116) beschrieben. Demnach bestimmt in der Nachtkerze (Oenothera) der Fettsäure-Stoffwechsel, welcher Chloroplast dem anderen überlegen ist und seine Erbsubstanz an die Nachkommen weitergeben kann. In der Pflanzenforschung ist die Nachtkerze eine beliebte Modellpflanze, wenn es um die Erforschung der Organell-Vererbung geht, denn beide Eltern der Nachtkerze können das Chloroplasten-Erbgut an ihre Nachkommen vererben. Daher treten mütterliche und väterliche Organellen miteinander in Konkurrenz. Das Forscherteam von Stephan Greiner am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) in Potsdam-Golm mit Kolleginnen und Kollegen aus Kanada, Polen und den USA identifizierte unter anderem ein Enzym, welches den ersten und somit auch limitierenden Schritt im Fettsäure-Stoffwechsel katalysiert. Dessen Gen unterliegt einer rasanten Evolution, das ein Wettrüsten zwischen den väterlichen und mütterlichen Chloroplasten ermöglicht.

Quelle: MPI-MP

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Neues Verfahren zur Klonierung: Effizient und kostengünstig

Wichtige Schritte des neuen Klonierungsverfahrens. Grafik: David Oliver Richter, Uni Bayreuth

Um die in der Abfolge dieser Bausteine begründeten Funktionen untersuchen zu können, müssen DNA-Fragmente in Trägermoleküle eingesetzt und vervielfältigt werden. Für diesen Vorgang der Klonierung hat ein Forschungsteam der Universität Bayreuth ein hocheffizientes, schnelles und kostengünstiges Verfahren entwickelt, das auf allen Gebieten der Biologie, Biochemie und Biotechnologie flexibel einsetzbar ist. Dabei entfällt das aufwändige Screening von Bakterienkolonien. In Scientific Reports (DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41598-019-39768-0) stellen die Forschenden ihre Innovation vor.

Quelle: Uni Bayreuth

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Meta-Analyse: Ertragsstabilität biologischer vs. konventioneller Landwirtschaft

Weizenfeld auf der ökologisch bewirtschafteten Versuchsstation Viehhausen der TUM. Foto: Samuel Knapp, TUM

Für die Landwirtschaft zählt nicht nur die Höhe des Ertrages, auch die Stabilität der Erträge über mehrere Jahre ist wichtig. Wie sich biologische und konventionelle Landwirtschaft in diesem Punkt unterscheiden, zeigt eine Meta-Analyse eines Teams der Technischen Universität München (TUM) und von Agroscope in Zürich. Insgesamt verwendeten die Forschenden 165 direkte Vergleiche aus 39 publizierten Studien. Wie erwartet, bestätigte die ihre im Fachmagazin Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-018-05956-1) veröffentlichte Analyse, dass biologische Bewirtschaftung geringere Erträge erbringt als konventionelle Landwirtschaft, im Mittel über alle Kulturen fielen sie um 16 Prozent niedriger aus. Auch die Schwankungen der Erträge waren bei beiden Verfahren über die Jahre sehr ähnlich. „Das hört sich zwar beruhigend an, hat jedoch einen Haken“, sagt Samuel Knapp vom Lehrstuhl für Pflanzenernährung der TUM. „Weil die absoluten Ertragsschwankungen ähnlich sind, wirken sich die Schwankungen bei den geringeren Erträgen der Biolandwirtschaft stärker aus. Die sogenannte relative Ertragsstabilität ist im Biolandbau somit geringer.“

Quelle: TUM

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Genetische Herkunft der Safran-Pflanze geklärt

Blüte des Safran-Krokus mit drei orangefarbenen Fruchtblättern. Bild: Sarah Breitenbach und FISH-Chromosomenanalyse, TU Dresden

Die genetische Herkunft des teuersten Gewürzes der Welt, des Safran-Krokus, haben Forschende der TU Dresden enträtselt. Die Pflanze ist eine triploide Hybridd-Art, ist steril und kann nicht gezüchtet werden. Obwohl seit mehr als 3.500 Jahre im Anbau, stammen alle weltweit kultivierten Pflanzen nur aus Tochterknollen. Seit fast 100 Jahren wird kontrovers diskutiert, was die möglichen Elternarten des Safran-Krokus sind. Würde man die Elternarten kennen, könnte man Veränderungen durch Neuzüchtung in das Krokus-Genom einbringen. Der Safran-Krokus stammt nach ihrer Forschung nur von einer Art ab, der Krokus-Wildart Crocus cartwrightianus, die in Griechenland vorkommt. Durch Sequenzierung des Safran-Krokus-Genoms und die vergleichende Chromosomenanalyse (Fluoreszenz-in situ-Hybridisierung, FISH) von verschiedenen Krokus-Arten konnten die Dresdner Biolog*innen aufzeigen, dass Genome von zwei Individuen der Krokus-Wildart Crocus cartwrightianus verschmolzen sind, die auf chromosomaler Ebene leichte Unterschiede besitzen. Ihre Ergebnisse publizierte das Team um Prof. Dr. Thomas Schmidt im Fachmagazin New Phytologist (DOI: https://doi.org/10.1111/nph.15715).  

Quelle: TU Dresden

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Neue molekulare Visualisierungs-Methode basiert auf CRISPR/Cas9

Zellkern der Fleckbohne mit Telomer-spezifischen Signalen (in rot), welche mit Hilfe der CRISPR/Cas9-basierten REGN-ISL Methode detektiert wurden. Grafik: Takayoshi Ishii, Andreas Houben, IPK

Forschende haben sie nun eine neuartige Anwendung für den RNA/Protein-Komplex CRISPR/Cas9 gefunden – als zytogenetische Taschenlampe. Im Gegensatz zur herkömmlichen in-situ Hybridisierung wird die DNA bei der Benutzung des neuen RNA-guided endonuclease - in situ labelling-Werkzeugs (RGEN-ISL) nicht denaturiert. Folglich bleibt das Chromatin unbeschädigt sodass die Chromatinstruktur nun auch untersucht werden kann. RGEN-ISL kann mit Protein-Nachweismethoden kombiniert werden und Echtzeit-Visualisierung des Markierungsprozesses wird möglich. Die neue Methode wurde zwar für Pflanzengenome entwickelt, kann aber vermutlich in allen Organismen verwendet werden. Vorgestellt haben die Forschende des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) die neue Methode im Fachjournal New Phytologist (DOI: https://doi.org/10.1111/nph.15720).

Quelle: IPK (pdf)

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Wildbienen verhungern im Spätsommer im ländlichen Raum

Wildbienen wie die der Art Anthidium oblongatum sind ziemlich klein. Foto: Michaela Hofmann, Erstautorin der Studie, LMU

Warum mehr als die Hälfte der über 500 einheimischen Wildbienenarten bedroht oder lokal schon ausgestorben sind, haben Forschende, darunter die Pflanzenwissenschaftler*innen Constantin Zohner und Susanne Renner der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), im Fachmagazin Proceedings of the Royal Society B (DOI: https://doi.org/10.1098/rspb.2019.0316) geschildert. Dazu nutzen sie Veränderungen auf der Roten Liste. Ihre Untersuchungen legen nahe, dass die Bienen in landwirtschaftlich intensiv genutzten Gebieten vor allem im Spätsommer zu wenig Nahrung finden. Helfen würden nach Ansicht der Forschenden beispielsweise eine seltenere Mahd, die Anlage von Blühstreifen oder das Stehenlassen von Ackerrandstreifen mit Ackerunkräutern. „Aber auch Hobbygärtner können jetzt schon Bienen helfen, indem sie auf vielfältige Hausgärten ohne Pestizide und Mähroboter setzen“, sagt Renner.

Quelle: LMU

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Baumdiversität in Wäldern stabilisiert Interaktionen zwischen Arten

Mit zunehmender Vielfalt der Baumarten kommen mehr Blattlaus- und Zikadenarten vor. Foto: AG Klein, Uni Freiburg

Der Rückgang der biologischen Vielfalt und der damit einhergehende Verlust von Pflanzenarten haben viele Auswirkungen auf unsere Ökosysteme. Das wurde bisher durch Studien im so genannten Offenland, also in nicht überbauten oder von Gehölzvegetation dominierten Gebieten, gezeigt. Jetzt konnte ein Team von Biologinnen und Biologen der Universität Freiburg nachweisen, dass der Verlust von Baumarten in Wäldern Insektenlebensgemeinschaften und deren Interaktionen untereinander und mit Pflanzen destabilisiert. Somit ist die Baumdiversität in Wäldern wichtig, um die Nahrungsnetze von Insekten zu stärken. Ihre Ergebnisse präsentieren sie in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Proceedings of the Royal Society B. (DOI: https://doi.org/10.1098/rspb.2018.2399).

Quelle: Uni Freiburg

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Biodiversitätskrise: Nur technischer Fortschritt in der Landwirtschaft reicht nicht

Das rasante Bevölkerungs- und Wirtschaftswachstum zerstört die biologische Vielfalt – vor allem in den Tropen. Das berichtet ein Forscherteam unter der Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in Nature Ecology & Evolution (DOI:  https://doi.org/10.1038/s41559-019-0824-3). Schuld daran sei die wachsende Nachfrage nach Agrarprodukten, die immer neue Anbauflächen verlangt. Zwar werde die Landwirtschaft durch technische Fortschritte immer effizienter, doch die wachsende Zahl an Menschen macht diese Erfolge wett. Klar ist: Eine wirksame Naturschutzpolitik braucht Konzepte gegen Bevölkerungswachstum und für nachhaltigen Konsum.

Quelle: iDiv

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Wie zelleigene Redakteure genetische Fehler korrigieren

Yingying Yang, Mareike Schallenberg-Rüdinger und Bastian Oldenkott setzen eine Kultur des Bakteriums E. coli an, die das RNA-Editing aus dem Laubmoos Physcomitrella imitieren kann. Foto und ©: Lisa Reinmuth, Uni Bonn

Fast alle Landpflanzen beschäftigen ein Heer von molekularen Redakteuren, die Fehler in ihrer Erbinformation berichtigen. Forschende haben nun Teile dieser Maschinerie des sog. RNA-Editing in das Bakterium E. coli übertragen, um sie genauer zu untersuchen. Die Redakteure (sog. PPR-Proteine) erkennen den Fehler. Um ihn zu beheben, rufen sie dann eine Art RNA-Tippex zu Hilfe – ein Enzym namens Cytidin-Desaminase. Die Forschenden zeigten, "dass diese Gruppe von PPR-Proteinen die RNA des Bakteriums editieren kann“, sagt Dr. Mareike Schallenberg-Rüdinger vom Institut für Zelluläre und Molekulare Botanik der Uni Bonn. „Sie benötigt dazu also keine separate Desaminase," erklärt Schallenberg-Rüdinger, Senior-Autorin der Studie und Mitarbeiterin bei Professor Dr. Volker Knoop. Wenn die Forschenden dagegen auch nur eine der wichtigen Tippex-Aminosäuren veränderten, büßte das PPR-Protein seine Korrekturfähigkeit ein. Ihre Ergebnisse bestätigen eine These zur Funktionsweise dieses verbreiteten und komplexen Reparatur-Mechanismus. Ihre Ergebnisse publizierten sie in der Zeitschrift Communications Biology (DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-019-0328-3). Das meldet die Uni Bonn beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: idw

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Mechanismus zum Abbau von Chloroplasten-Proteinen

Dr. Raphael Trösch untersucht den Abbau von Rezeptoren in der Membran von Chloroplasten. Foto: Koziel, TUK

Wie bei Chloroplasten membrangebundene Rezeptoren abgebaut werden, hat ein internationales Team erstmals im Fachmagazin Science (DOI: https://doi.org/10.1126/science.aav4467) veröffentlicht. Gemeinsam mit dem Team um die beiden Erstautoren der Studie, Qihua Ling und William Broad von der Universität in Oxford, hat Dr. Raphael Trösch von der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) bei Zellen der Pflanze Ackerschmalwand untersucht, wie der Abbau-Prozess von den Rezeptoren aussieht, die die Photosynthese-Proteine erkennen. Die Menge der Rezeptoren könnte bei der Plastiden-Differenzierung eine Rolle spielen. Interessant sind die Ergebnisse etwa für die biotechnologische Produktion von Pigmenten in Plastiden.

Quelle: TUK

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Amazonaswald kann durch wechselhafte Regenfälle trainiert werden

Der Amazonas-Regenwald hat sich über Millionen von Jahren entwickelt und sogar Eiszeiten überlebt. Heute droht diesem riesigen Ökosystem durch menschliche Einflüsse und durch den weltweiten Klimawandel ein großflächiges Absterben - mit weit reichenden Folgen für seine Funktion als globale CO2-Senke. Eine jetzt in Nature Geoscience veröffentlichte Studie (DOI: dx.doi.org/10.1038/s41561-019-0312-z) zeigt, dass die Teile des Amazonaswaldes, in denen die Regenmengen stärker schwanken, widerstandsfähiger gegen heutige und zukünftige Klimastörungen sind. Trotz dieses "Trainingseffekts" wird der Regenwald wohl jedoch mit dem Tempo des fortschreitenden Klimawandels nicht Schritt halten können, erklären die Forschenden des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK).

Quelle: PIK

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Weltweit größte Senke für Kohlendioxid in nachwachsenden Wäldern

Wälder binden großen Mengen an Kohlendioxid – und wirken so der Klimaerwärmung entgegen. Foto: Gabi Zachmann, KI

Wälder sind die Filter unserer Erde: Sie reinigen die Luft von Staubpartikeln und produzieren Sauerstoff. Bisher galt vor allem der Regenwald als die „grüne Lunge“ des Planeten. Ein internationales Team, darunter Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), fand jetzt heraus, dass sich die weltweit größten Kohlenstoffsenken in jungen, nachwachsenden Wäldern befinden. Seine Ergebnisse hat es in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht (DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1810512116).

Quelle: KIT

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Wie Pilze zum Filter für die Pflanzenausbreitung werden

Nicht nur Unterschiede in Klima und Geologie, sondern auch die Verfügbarkeit von Symbionten wie dem Mykorrhiza-Pilz beeinflussen die Pflanzenvielfalt, wie hier an der trockenen Ostküste Teneriffas. Foto: Holger Kreft, Uni Göttingen

Die Symbiose von Pflanzen und Pilzen – sogenannte Mykorrhiza – hat einen großen Einfluss auf die weltweite Ausbreitung von Pflanzenarten. Die Symbiose wirkt wie ein Filter für die Ausbreitung der Pflanzen. „Neue Daten zur Verbreitung von Pflanzenarten in1100 Insel- und Festlandregionen erlauben zum ersten Mal, den Einfluss dieser [Symbiose-]Interaktion zu untersuchen“, sagt Dr. Patrick Weigelt aus der Abteilung Biodiversität, Makroökologie und Biogeographie der Uni Göttingen, der an der Studie mitgearbeitet hat, ebenso wie Forschende der Uni Wien. Das Ergebnis: Mykorrhiza-Pflanzen-Interaktionen sind natürlicherweise seltener auf Inseln, da eine gegenseitige Abhängigkeit bei der Kolonisierung von entlegenen Inseln ein Nachteil ist. Die Studie hat Das internationale Forscherteam in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution (DOI: https://doi.org/10.1038/s41559-019-0823-4) veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

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Trockensommer wie 2018 waren im Mittelalter keine Seltenheit

Buchenwald – Foto: Dr. Tobias Scharnweber

Trockene Sommer waren vor 1000 Jahren keine Seltenheit. Forschenden der Arbeitsgruppe „Landschaftsökologie und Ökosystemdynamik“ der Universität Greifswald ist es nun gelungen, 1000 Jahre Sommertrockenheit für den norddeutschen Raum anhand der Jahresringe der Bäume mit einer neuen Methode zu rekonstruieren. „Neu ist, dass wir mithilfe einer eigens für dieses Vorhaben entwickelten Datenmethode Wachstumsschwankungen in unserer Rekonstruktion herausrechnen konnten", sagt Dendroklimatologoge Dr. Tobias Scharnweber, Gruppe Landschaftsökologie und Ökosystemdynamik an der Uni Greifswald. "Dadurch konnten wir zeigen, dass in unserer Region zu Zeiten des mittelalterlichen Klimaoptimums, also vor ca. 1.000 Jahren, die Niederschläge im Sommer im Schnitt deutlich niedriger waren als bisher angenommen. Vielleicht waren also Jahrhundertsommer, wie wir 2018 erlebt haben, damals gar nicht so selten.“ Ergebnisse wie diese helfen, den aktuellen, anthropogen verursachten Klimawandel in eine langfristige Perspektive „natürlicher“ Schwankungen zu setzen. Mit ihrer neuen Methode zeigen die Greifswalder Forschenden, wie wichtig es ist, in jahrringbasierten Klimarekonstruktionen die heutigen, im Vergleich zur vorindustriellen Zeit deutlich veränderten Wachstumsbedingungen, statistisch zu berücksichtigen. Ihre Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Scientific Reports (DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-39040-5) erschienen.

Quelle: Uni Greifswald

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Blütchenfruchtbarkeit des Weizens genetisch entschlüsselt

Ährchenmorphologie der Brot Weizen-Sorte Bobwhite und eines transgenen Derivats, das ein GNl1-RNAi­Konstrukt enthält. Foto und Grafik: Kazuhiko Sugimoto, Taiichi Ogawa

Ein hoher Kornertrag ist eine anstrebenswerte Eigenschaft in Getreidearten. Die Fruchtbarkeit der Ährchen, der kleine Blutenbstand in der Getreideähre ist ein entscheidender Faktor, welcher die Anzahl der Körner pro Blütenstand in Getreiden mitbestimmt. Nun hat eine Gruppe Forschender aus Japan, Deutschland und Israel im Weizen den genetischen Locus Grain Number Increase 1 (GNI1) entdeckt, welcher einen beachtlichen Einfluss auf die Blütenfruchtbarkeit hat. GNI-A1 kodiert einen Homöodomäne Leucin-Zipper Klasse I (HD-Zip I) Transkriptionsfaktor. Die Expression des Gens hemmt das Wachstum der Rachilla und beeinträchtigt somit die Blütchenfruchtbarkeit. Eine Mutation von GNI-A1 führte zu einer Genvariante mit eingeschränkter Funktion. Die Gruppen - unter ihnen ein Team von Dr. Thorsten Schnurbusch des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK Gatersleben), stellt ihn im Fachjournal PNAS (DOI: doi.org/10.1073/pnas.1815465116) vor.

Quelle: IPK (pdf)

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CO2-Ausstoß hat unerwartet starke Auswirkungen auf die Pflanzenproduktivität der Arktis

Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen des prognostizierten Anstiegs der photosynthetischen Kohlenstofffixierung bei einer Verdoppelung der atmosphärischen CO2-Konzentration. Grafik: Winkler, A. J., Myneni, R. B., Alexandrov, G. A. & Brovkin, V. Earth System Models Underestimate Carbon Fixation by Plants in the High Latitudes. Nature Communications (2019). CC BY 4.0

Wie eine Studie zeigt, unterschätzen die meisten Erdsystemmodelle (ESM) die Folgen steigender atmosphärischer Kohlenstoffdioxid-Konzentration (CO2) auf die Pflanzenproduktivität der hohen Breiten. Diese Modelle, die als wissenschaftliche Grundlage für die IPCC-Bewertungsberichte dienen, unterschätzen demnach wahrscheinlich auch die zukünftige Kohlenstoffaufnahme durch Photosynthese - ein wichtiger Aspekt für Klimaprojektionen. Dies ist ein überraschendes Ergebnis, da einige frühere Studien darauf hindeuteten, dass ESMs die Reaktion der Pflanzen auf das steigendes CO2 überschätzen. Das hat ein Forscherteam um Alexander Winkler und Prof. Victor Brovkin aus der Abteilung „Land im Erdsystem“ am Max-Planck-Institut für Meteorologie (MPI-M) im Fachjournal Nature Communications (DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-08633-z) vorgestellt.

Quelle: MPI-M

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Wie Pflanzen lernten, Wasser zu sparen

Blattporen auf der Oberfläche eines Farnblatts, von zwei nierenförmigen Schließzellen umgeben. Rechts mutmaßlich wichtige Zeitpunkte im Verlauf der Evolution der Signalwege zur Funktion der Blattporen. Grafik: Stephan Liebig

Pflanzen, die mit weniger Wasser auskommen, könnten die Landwirtschaft nachhaltiger machen. Darum untersucht ein Forschungsteam an der Universität Würzburg, wie Pflanzen ihren Wasserhaushalt kontrollieren. Ihre Ergebnisse veröffentlichte das Team um Pflanzenwissenschaftler Rainer Hedrich von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) im Fachjournal Trends in Plant Science (DOI: https://doi.org/10.1016/j.tplants.2019.01.002).

Quelle. JMU

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Natura 2000 schließt besonders schützenswerte Habitate ein

Das größte koordinierte Netz von Naturschutzgebieten weltweit liegt weder am Südpol noch in Australien, Afrika, Asien oder auf den amerikanischen Kontinenten – sondern in Europa. In den letzten 17 Jahren wurden im Rahmen von Natura 2000 zwanzig Prozent der EU-Landmasse und große Teile der sie umgebenden Meere zu Schutzgebieten erklärt. Forschende vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) untersuchten in einem internationalen Team, wie effektiv Natura 2000 die gelisteten Lebensraumtypen in Deutschland schützt. Und sie verglichen Natura 2000 mit einem hypothetischen idealen Netzwerk. Das Ergebnis: Natura 2000 schließt besonders schützenswerte Habitate ein. Das berichten die Forschenden im Fachjournal PLOS ONE (DOI: https://doi.org/10.1101/359125).

Quelle: IGB

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Feenkreise entzaubert

Die Feenkreise betrachtet aus der Luft. Sie bilden in diesem ariden Gebiet eine zusätzliche Wasserquelle, denn das Regenwasser fließt zu den Gräsern am Rand. Foto: Stephan Getzin

Feenkreise sind runde Lücken im ariden Grasland, die sehr gleichförmig über die Landschaft verteilt sind und nur entlang der Namib-Wüste im südlichen Afrika und in Australien vorkommen. Um die Entstehungsursache dieser außergewöhnlichen räumlichen Muster ranken sich verschiedene Theorien, von giftigen Wolfsmilchgewächsen oder aufsteigenden Gasen bis hin zu Ameisen, Termiten oder pflanzlicher Konkurrenz um spärliche Wasservorkommen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Göttingen, aus Australien und Israel sind der Ursache nun mit Bodenuntersuchungen und Drohnenaufnahmen auf den Grund gegangen. Die in den Fachjournalen Ecosphere (DOI: doi.org/10.1002/ecs2.2620) und Journal of Arid Environments (DOI: doi.org/10.1016/j.jaridenv.2019.01.017) veröffentlichten Ergebnisse lassen vermuten, dass die Feenkreise in Australien durch Prozesse wie die Verwitterung der Böden durch Starkregen, extreme Hitze und Verdunstung entstanden sind. Die umfangreich erhobenen Daten der Forscherinnen und Forscher sprachen gegen einen kausalen Zusammenhang zu unterirdischen Termitenbauten.

Quelle: Uni Göttingen

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Protein CC1 wichtig für Salzhaushalt

Eine Pflanze gedeiht auf Salz – das geht wesentlich besser, wenn sie über das Protein CC1 verfügt. Grafik: Barth van Rossum, FMP

Wie Forschende berichten ist das kürzlich entdeckte Protein CC1 nicht nur essenziell für den Salzhaushalt von Pflanzenzellen, sondern ähnelt funktional auch dem Tau-Protein. Dieses spielt im menschlichen Körper eine wichtige Rolle bei der Alzheimer-Erkrankung. CC1 befindet sich in Pflanzen unterhalb der Zellmembran und auf den Mikrotubuli, mit denen es im Rahmen der Zelluloseproduktion interagiert. Die röhrenförmigen Mikrotubuli-Proteinnetzwerke bilden das „Streckennetz“ einer Zelle: sie dienen als „zelluläre Atuobahnen“ zum Transport von Proteinen sowie der Zellstabilität. Die Forschenden entdeckten, dass das Protein wichtig für die Reaktion von Pflanzen auf Salzstress ist: Gentechnisch manipulierte Pflanzen ohne CC1 scheinen sich zunächst normal zu entwickeln; setzt man sie allerdings auf einen Nährboden mit erhöhtem Salzgehalt, ist das Wachstum gehemmt. Das liegt daran, dass CC1 zentral für die Stabilität der Mikrotubuli ist. Weist die Zelle einer Pflanze einen erhöhten Salzgehalt auf, verschwindet das Mikrotubuli-Netzwerk unterhalb der Membran innerhalb von zwei Stunden, kommt aber nach weiteren sechs Stunden wieder zurück. Ohne CC1 zerfällt das Mikrotubuli-Netzwerk schneller und wird danach zwar wieder aufgebaut, ist aber nicht mehr gleichermaßen stabil. Ihre Ergebnisse publizierte das Team vom Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) und von der ETH Zürich im Fachjournal Nature Communications, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-08780-3).

Quelle: FMP

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Wie der Bau der Zellwand gesteuert wird

Durch den Defekt sind Pflanzenzellen mit mehreren Zellkernen (rot) entstanden. Aufnahme: Ingo Heilmann, The EMBO Journal

Forschenden ist es gelungen, die Koordination wichtiger Prozesse zu verstehen, die während der Zellteilung für die korrekte Trennung pflanzlicher Tochterzellen von zentraler Bedeutung sind. Das Team um Prof. Dr. Ingo Heilmann konnte mit Hilfe biochemischer und zellbiologischer Experimente zeigen, dass der Membranbaustein PI4P während der Zellteilung eine Doppelrolle spielt: PI4P steuert nicht nur die Aktivität der Fusionsmaschinerie, sondern dirigiert auch räumlich den Transport neuen Materials. Wie die Forschenden erstmal zeigen, wird das Protein-Gerüst des Phragmoplasten durch den Einfluss von PI4P an den richtigen Stellen auf- und abgebaut. In normalen Pflanzen entstehen so regelmäßige Zellen, die perfekt zueinander passen und der Pflanze auch die nötige Stabilität geben. In den parallel untersuchten Arabidopsis-Mutanten hatten sie bestimmte Enzyme, die die Zusammensetzung der Membranen beeinflussen, künstlich ausgeschaltet. Die Ergebnisse der Arbeitsgruppe der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) sind im EMBO Journal (DOI: https://doi.org/10.15252/embj.2018100303) erschienen und helfen dabei, die Dynamik des sogenannten Zytoskeletts der Pflanzen aus Proteinfasern besser zu verstehen.

Quelle: MLU

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Lückenlose Weltkarte der Baumarten-Vielfalt

Beispiel für ein Gebiet mit besonders hoher Variation an Waldtypen – und entsprechend hoher regionaler Artenvielfalt – ist das bergige Waldgebiet Harenna in Äthiopien. Foto: Laica ac from UK, CC BY-SA 0.2

Die biologische Vielfalt (Biodiversität) unseres Planeten ist eine unserer wichtigsten Ressourcen. Allerdings kennen wir von den meisten Orten der Erde nur einen kleinen Ausschnitt dieser Vielfalt. Forschenden des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) ist es nun gelungen, aus versprengten Daten eine Weltkarte der Biodiversität zu erstellen. Auf dieser ist die Anzahl von Baumarten dargestellt. Dazu nutzten sie ein neues statistisches Modell um weiße Flächen zu füllen. Mithilfe der neuen Karte konnten die Forschenden untersuchen, welche Einflussfaktoren die globale Baumartenvielfalt bestimmen. Das Klima spielt eine zentrale Rolle; zudem hängt die Vielfalt der Arten, die man in einem bestimmten Gebiet feststellt, aber auch von der räumlichen Skala der Betrachtung ab. Dies berichten die Forscher in der Fachzeitschrift Nature Ecology and Evolution (DOI: https://doi.org/doi:10.1038/s41559-019-0799-0). Die neue Methode könnte unter anderem helfen, den weltweiten Artenschutz zu verbessern.

Quelle: iDiv

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Klimaziele von Paris: Der Beitrag der Landnutzung

Abforstung und intensive Land- sowie Weidewirtschaft – die Landnutzung durch den Menschen trägt ebenso zum Klimawandel bei, wie fossile Kraftwerke und Verbrennungsmotoren. Foto: Markus Breig, KIT

Deutlich unter zwei Grad Celsius im Vergleich zur vorindustriellen Zeit – auf diesen Wert soll die Erderwärmung laut Pariser Klimaabkommen begrenzt werden. Ein aktueller Sonderbericht des Weltklimarates zeigt jedoch, dass sich die globale Temperatur bereits jetzt um ein Grad Celsius erhöht hat. In einer Studie konnte ein Forschungsteam des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universität Edinburgh zeigen, dass die bisherigen Bemühungen, Treibhausgase durch die Landnutzung des Menschen zu reduzieren, unzureichend sind. Ihre Ergebnisse stellen sie in der Fachzeitschrift Nature Climate Change vor (DOI: https://doi.org/10.1038/s41558-019-0400-5).

Quelle: KIT

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Wildgräser enthalten fremde Gene

Das Wildgras Alloteropsis semialata in einer bewaldeten Savanne in Sambia, das zwei Genfragmente der Art T. triandra ins Genom integrierte. Foto und © PA Christin & LT Dunning, Uni Bern

Um sich an die Umwelt anzupassen, übernehmen Gräser bestimmte Gene von verwandten Arten – und dies auf direktem Weg von Pflanze zu Pflanze, ohne Evolution über mehrere Generationen. In einer neuen Studie hat ein internationales Team unter Mitarbeit von Forschenden des Instituts für Pflanzenwissenschaften der Universität Bern das Genom des Wildgrases Alloteropsis semialata sequenziert und festgestellt: Das Genmaterial enthält fast 60 Gene, welche die Pflanze über den sogenannten horizontalen Gentransfer erworben hat. Diese Gene wurden ohne Fortpflanzung direkt von Gras zu Gras übertragen und stammen von mindestens neun verschiedenen anderen Grasarten. Die Studie wurde im Journal Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) publiziert (DOI: www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1810031116). Im Gegensatz zum horizontalen Gen-Austausch zwischen Bakterien ist der Vorgang beim Transfer zwischen Pflanzen noch ungeklärt. Einen wichtigen Zusammenhang zeigen die Ergebnisse aber bereits jetzt auf: "Menschen verändern mit Gentechnik gezielt die DNA von Pflanzen. Bisher wussten wir jedoch nicht, dass dies Gräser auf natürliche Weise ebenfalls tun", erklärt Christian Parisod, Mitautor und Professor am Institut für Pflanzenwissenschaften. Die Forschung dazu wird uns in Zukunft dabei helfen, zu verstehen, wie Gene aus gentechnisch veränderten Pflanzen in Wildarten oder andere nicht gentechnisch veränderte Pflanzen übertragen werden. So können Lösungen erarbeitet werden, um die unkontrollierte Übertragung von gentechnisch verändertem Erbgut besser einzudämmen."

Quelle: Uni Bern

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Wie Ameisen die Fressfeinde von Akazien aufspüren

Die Akazien-Ameise Crematogaster mimosae verteidigt ihren Wohn-Baum gegen Angreifer. Foto und © Felix Hager, RUB

Afrikanische Akazien haben viele Feinde, die ihere Blätter fressen, dem Stamm die Rinde abziehen, Äste abbrechen oder den ganzen Baum umstürzen. Um sich zu schützen, gehen viele Akazien eine mutualistische Beziehung mit Ameisen ein. Afrikanische Akazien stellen Ameisen sozusagen als Bodyguards ein. Diese beschützen sie gegen Fressfeinde wie Elefanten, Giraffen oder Antilopen und erhalten im Gegenzug Unterschlupf und Nahrung von den Bäumen. Wie die Ameisen die Säugetiere detektieren, haben Forschende der Ruhr-Universität Bochum (RUB) in Afrika untersucht. Wie sie im Fachjournal Current Biology (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.01.007) berichten nutzen die Insekten dafür Vibrationen und können dabei Vibrationen durch Säugetiere und Wind unterscheiden.

Quelle: RUB

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China und Indien Spitzenreiter beim Begrünen der Erde

Zweischneidig: Grund für das zunehmende Grün sind Ertragssteigerungen in der Landwirtschaft – die sowohl Dünger als auch vermehrte Bewässerung brauchen. Foto: Markus Breig, KIT

Die Erde wird grüner – und eine wesentliche Rolle für den seit Jahrzehnten beobachteten Zuwachs von Blattwerk und Biomasse spielt die intensive Agrar- und Forstwirtschaft des Menschen. Zu diesem Ergebnis kommt ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) nach der Auswertung hochauflösender Satellitenbilder der Erde. Ihre Studie „China and India lead in greening of the world through land-use management“ stellen die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Sustainability vor (DOI: doi.org/10.1038/s41893-019-0220-7).

Quelle: KIT

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Synthetisches Peptid macht Schnittblumen länger haltbar

Die Schnittblumen erhielten NOP-1 über das Gießwasser. Rechts: Zeitreihe mit fortschreitender Verwelkung; oben Nelken, unten Rosen. Bei beiden wird das Verwelken um drei bis sechs Tage verzögert. Foto und Grafik: Claudia Hoppen, Lena Müller und Georg Groth, HHU

Rechtzeitig zum Valentinstag stellen Pflanzenforschende der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) ein neues, synthetisches Peptid vor, das ein Verwelken von Schnittblumen verzögern kann. Das synthetische Peptid kann das gasförmige Pflanzenhormon Ethylen maßgeblich beeinflussen. Das Peptid blockiert die Kontaktfläche des Rezeptors an der Pflanzenmembran für das Effektorprotein EIN2 (aus dem Ethylensignalweg), was schließlich die Weiterleitung des Ethylensignals unterbricht. Die Ergebnisse des Forschungsteams um Prof. Dr. Georg Groth vom Institut für Biochemische Pflanzenphysiologie zur Seneszenz und zu dem von ihnen genannten Peptid  NOP-1 veröffentlichten sie in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Scientific Reports (DOI: doi.org/10.1038/s41598-018-37571-x). Früher hatte die gruppe um Professor Groth bereits zeigen, dass NOP-1 auch die Fruchtreifung in Tomaten und Äpfeln verzögern kann.

Quelle: HHU

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Phytomodificine - neue sekundäre Pflanzenstoffe entdeckt

Mit Hilfe einer hochauflösenden Flüssigkeits-Chromatographie (HPLC) wurden die neu entdeckten Alkaloide aus dem Immergrün am Institut für Pflanzenbiologie isoliert und charakterisiert. Foto: Dirk Selmar, TU Braunschweig

Im Kleinen Immergrün (Vinca minor) haben Forschende eine neue Kategorie sekundärer Naturstoffe entdeckt. Diese Substanzen werden in gestressten Pflanzen aus anderen, bereits vorhandenen komplexen Naturstoffen durch Modifikationen gebildet. Sie sind daher weder den Phytoanticipinen (“präformierte Naturstoffe“, die von Natur aus in Pflanzen vorhanden sind) noch den Phytoalexinen (die erst reaktiv auf einen Pathogenbefall aus einfachen Vorstufen neu synthetisiert werden) zuzuordnen. Das Kleine Immergrün ist eine Arzneipflanze, die eine Reihe unterschiedlicher Indol-Alkaloide enthält, die in der Krebstherapie eine wichtige Rolle spielen. Ein Forscherteam um Professor Dirk Selmar von der TU Braunschweig hat die neue Klasse in der Fachzeitschrift Phytochemistry (DOI: doi.org/10.1016/j.phytochem.2018.12.015) vorgestellt. Selmar ist Sprecher unserer Sektion Angewandte Botanik.

Quelle: TU Braunschweig

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Hecken gut für Erdbeerfrüchte

Fressende Rapsglanzkäfer in den Blüten von Erdbeerpflanzen. Foto: Denise Castle

Aufgrund ihres Angebots an Blütenpflanzen und Nistmöglichkeiten stellen Hecken und Waldränder wichtige Lebensräume für bestäubende Insekten dar. Ein Team aus den Abteilungen Funktionelle Agrobiodiversität und Agrarökologie der Uni Göttingen hat untersucht, ob Hecken und ihre Verbindung zu Waldrändern sich positiv auf die Bestäubung von Erdbeeren auswirken. Wie sie im Fachmagazin Agriculture, Ecosystems & Environment (DOI: doi.org/10.1016/j.agee.2019.01.003) schildern, steigt sowohl das Gewicht als auch die Qualität der Erdbeerfrüchte, wenn die Erdbeerpflanzen an Hecken platziert sind. Damit zeigten die Forschenden, dass Hecken wichtige Lebensräume in der Agrarlandschaft sind, die die Verbindung zwischen Lebensräumen und angrenzenden Kulturpflanzen erhöhen und zur Fruchtquantität und Qualität beitragen können, auch wenn damit mehr Fraßinsekten in der Nachbarschaft sind.

Quelle: Uni Göttingen

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Was Raps so bitter macht

Blühende Rapspflanze, Versuchsgut Roggenstein der TU München. Foto: Bild: A. Heddergott, TUM

Rapssaat enthält nicht nur Öl, sondern auch hochwertiges Eiweiß. Doch Proteinextrakte aus Raps besitzen eine intensive, bittere Fehlnote. Ein Team um den Lebensmittelchemiker Thomas Hofmann von der Technischen Universität München (TUM) hat nun die für den bitteren Geschmack entscheidende Substanz identifiziert und die Struktur im Fachmagazin Journal of Agricultural and Food Chemistry (DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jafc.8b06260) veröffentlicht. Wie die Untersuchungen erstmals zeigen, ist eine Verbindung mit dem Namen Kaempferol-3-O-(2‘‘‘-O-sinapoyl-ß-sophorosid) die Schlüsselsubstanz, die Proteinextrakte aus Raps bislang ungenießbar macht. Dies ist ein erster Schritt, um Raps für die menschliche Eiweißversorgung zu erschließen.

Quelle: TUM

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Wie Pflanzen mit Eisenmangel umgehen

Die Düsseldorfer Autoren der Studie (v.l.): Prof. Dr. Petra Bauer, Dr. Regina Gratz, Dr. Tzvetina Brumbarova. Foto: Christoph Kawan, HHU

Forschende haben eine neue Schaltzelle gefunden, mit der Pflanzen ihre Reaktionen auf Eisenmangel steuern. Die Forscherinnen und Forscher um Prof. Dr. Petra Bauer und ihre Mitarbeiterin Dr. Tzvetina Brumbarova von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und um Prof. Dr. Jörg Kudla und Prof. Dr. Uwe Karst an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben die Mechanismen und die Dynamik eines Proteins namens „FIT“ bei der Eisenaufnahme untersucht und zelluläre Informationsprozesse aufgedeckt, welche auf FIT einwirken. Demnach löst Eisenmangel Kalzium-Signale aus, die den FIT-Regulationsmechanismus maßgeblich beeinflussen. Das mit der Kalziumdetektion zusammenhängende Enzym CIPK11 interagiert mit dem FIT-Protein und markiert dieses. Letztlich kann die Pflanze durch diese FIT-Aktivierung die Eisenaufnahme über die Wurzeln und die Eisenspeicherung in den Samen steuern. Die Ergebnisse ihrer Forschungen an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana veröffentlichten sie heute in der Fachzeitschrift Developmental Cell (DOI: https://doi.org/10.1016/j.devcel.2019.01.006).

Quelle: HHU

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News · Forschungsergebnis

Funktionieren Mais und Gerste mit Weizen-Resistenzgen im Feld?

Von Maisbeulenbrand befallener, nicht-transgener Mais im Feld. Foto: Uni Zürich

Pflanzenforschende der Universität Zürich haben transgene Mais- und Gerstenlinien entwickelt, die dank dem Lr34-Resistenzgen aus Weizen widerstandsfähiger gegen mehrere Pilzkrankheiten sind. Nach den erfolgreichen Versuchen im Gewächshaus wollen die Forschenden die Pflanzen nun im Freiland prüfen: am Agroscope-Standort in Zürich-Reckenholz. Die Gruppe von Beat Keller, Professor am Institut für Pflanzen- und Mikrobiologie der Universität Zürich (UZH), erforscht seit vielen Jahren das Immunsystem von Getreidesorten, mit dem sich die Pflanzen gegen Schädlinge und Krankheiten zur Wehr setzen. Ziel ist, die vielfältigen Wechselwirkungen von Pflanzen und Pathogenen besser zu verstehen. Gleichzeitig können die widerstandsfähigeren Linien in der Pflanzenzucht genutzt werden, da Pilzkrankheiten häufig zu grossen Ernteverlusten führen. Die UZH-Forschenden wollen wissen, ob das Weizen-Resistenzgen auch bei Mais und Gerste funktioniert. Versuche im Labor und im Gewächshaus haben gezeigt, dass mit Lr34 ausgestattete Mais- und Gerstenlinien besser geschützt sind gegen mehrere Pilzkrankheiten. "Nun wollen wir die Resistenzwirkung unter Feldbedingungen testen. Wir haben daher beim Bundesamt für Umwelt einen Freilandversuch am Agroscope-Standort in Zürich-Reckenholz beantragt", sagt Teresa Koller, Leiterin der geplanten Feldversuche. Deren Durchführung ist vorgesehen von Frühling 2019 bis Herbst 2023.

Quelle: UZH

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News · Forschungsergebnis

Tabakpflanzen schicken hungrige Raupen zur Konkurrenz

Die Erstautorin der Studie, Dr. Pia Backmann, in der Wüstenlandschaft „Großes Becken“ (Great Basin Desert) in Utah, USA, dem Lebensraum des Wilden Tabaks. Foto: Danny Kessler

Ihren Fraßfeinden davonrennen können Pflanzen nicht. Doch viele Arten produzieren chemische Substanzen, die hungrigen Krabbeltieren nicht gut bekommen. Auf diese Weise setzt sich auch der Wilde Tabak (Nicotiana attenuata) gegen die Raupen des Tabakschwärmers (Manduca sexta) zur Wehr. Dass es sich dabei für eine Pflanze lohnen kann, die Plagegeister einige Tage zu ertragen bevor sie die Abwehr startet, zeigt eine neue Studie unter der Leitung von Wissenschaftlern des Forschungszentrums iDiv, der Universität Jena und des UFZ. Denn auf diese Weise wechseln die Raupen genau dann zu einer benachbarten Pflanze, wenn sie so richtig Appetit bekommen – was Pflanze Nummer eins einen Vorteil im innerartlichen Konkurrenzkampf verschafft, folgern sie im Fachmagazin The American Naturalist (DOI: https://doi.org/10.1086/700577).

Quelle: iDiv

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News · Anwendung · Forschungsergebnis

Schwimmfarn nachempfundene Gleitmittel für Öltanker senken Emissionen

Der Schwimmfarn Salvinia molesta kleidet sich unter Wasser in eine dünne Luftschicht, die er wochenlang festhalten kann. Foto und © Prof. Dr. Wilhelm Barthlott, Uni Bonn

Würde man Schiffsrümpfe mit speziellen HighTech-Materialien beschichten, ließe sich bis zu ein Prozent der weltweiten CO2-Emission vermeiden. Zu diesem Schluss kommen Forschende der Uni Bonn vom Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen zusammen mit Kollegen aus St. Augustin und Rostock in einer aktuellen Studie in der Zeitschrift Philosophical Transactions A (DOI: dx.doi.org/10.1098/rsta.2018.0263). Demnach könnten Schiffe, die mit neuartigen HighTech-Materialien beschichtet sind, die auf dem Prinzip des Schwimmfarns beruhen, aufgrund geringerer Reibung bis zu 20 Prozent an Kraftstoff einsparen. Rechnet man so genannte Antifouling-Effekte hinzu, etwa den verringerten Bewuchs des Rumpfes, ist sogar eine doppelt so hohe Reduktion möglich.

Quelle: Uni Bonn

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News · Forschungsergebnis

Zusatzantrieb für die Photosynthese

Kryo-EM Struktur des Komplex aus CcmM (rot) und Rubisco (grün) in flüssigen Tröpfchen (gelb). Die Ausbildung des Netzwerks ist der erste Schritt der Carboxysombiogenese in Cyanobakterien. Illustration: Huping Wang, Andreas Bracher © MPI für Biochemie

Forschende haben die Bildung von Carboxysomen untersucht – einer Struktur, die die Effizienz der Photosynthese in wasserlebenden Bakterien steigert. Sie wandeln Wasser und Kohlenstoffdioxid (CO2) mit Hilfe von Sonnenlicht in Zucker und Sauerstoff um. Entscheidend für diese Reaktion ist das Enzym Rubisco, das für die Fixierung von CO2 aus der Atmosphäre verantwortlich ist. Rubisco, das als das am häufigsten auf der Erde vorkommende Enzym gilt, arbeitet allerdings langsam und ineffektiv. Statt CO2 zu fixieren, kann Rubisco auch mit Sauerstoff reagieren, wobei auch viel Energie verloren geht. Cyanobakterien nutzen das Helferprotein CcmM, um Rubisco einzufangen. Mit Hilfe der Kryo-EM gelang den Forschenden der Nachweis, dass CcmM nicht die kleine Untereinheit des Rubisco ersetzt, sondern Rubisco-Proteine über einen unerwarteten Mechanismus miteinander verknüpft. Die Ergebnisse der Forschenden des Max-Planck-Instituts für Biochemie in Martinsried bei München gemeinsam mit Kollegen von der Australian National University sind im Fachjournal Nature (DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-019-0880-5) veröffentlicht und könnten zur Entwicklung von Pflanzen mit einer effizienteren Photosynthese und somit höheren Ernteerträgen führen.

Quelle: MPI für Biochemie

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Zweigesichtige Stammzellen produzieren Holz und Bast

Aufnahme von zwei Zellklonen (in grün), die jeweils aus einer einzigen Kambium-Stammzelle stammen und sowohl zum Xylem (Holzteil) als auch zum Phloem (Bastteil) beigetragen haben. Bildnachweis: Dongbo Shi

Für einen der wichtigsten Wachstumsprozesse auf der Erde – die Holzbildung – sind sogenannte zweigesichtige Stammzellen verantwortlich: Sie bilden nicht nur den Ausgangspunkt für die Entstehung von Holz, sondern auch für die Erzeugung von pflanzlichem Bast, indem sie sich abwechselnd zu Holz- und Bastzellen weiterentwickeln. Das konnte ein Team von Forschenden unter der Leitung von Dr. Thomas Greb, Heisenberg-Professor an der Uni Heidelberg, mithilfe neuer experimenteller Werkzeuge zeigen. Die Forschenden vom Centre for Organismal Studies (COS) haben dazu bestimmte Zelltypen in der Wachstumsschicht von Pflanzen, dem Kambium, markiert und untersucht und ihre Ergebnisse im Fachjournal Development (DOI: https://doi.org/10.1242/dev.171355) veröffentlicht, in dem auch ein englisches Interview mit zwei der Autoren erschien (DOI: https://doi.org/10.1242/dev.174979).

Quelle: Uni Heidelberg

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Wie viel Regenwald brauchen Vögel?

Die Autoren der Studie mit dem Feldarbeitsteam am Eingang des Korup-Nationalpark in Südwestkamerun. Foto: Elleni Vendras

Welchen Waldanteil Landschaften aufweisen müssen, um unterschiedlichen Vogelarten ausreichend Lebensraum zu bieten, haben Forschende der Arbeitsgruppe für Bedrohte Arten der Uni Göttingen haben im Südwesten Kameruns untersucht. In der Fachzeitschrift Biological Conservation  (DOI: doi.org/10.1016/j.biocon.2018.12.001) schildern sie, dass der Waldanteil nicht unter 40 Prozent sinken sollte, wenn drastische Verluste der Vogelartenvielfalt vermieden werden sollen. Die Studie belegt aber auch, dass stark spezialisierte Vogelarten bereits ab Waldanteilen unter 70 Prozent deutlich zurückgehen und durch Generalisten ersetzt werden, also von Vögeln, die in verschiedenen Lebensräumen zuhause sind.

Quelle: Uni Göttingen

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Literatur-Meta-Studie: Leistungen des Ökolandbaus

Getreidefeld mit Frauenspiegel und anderen Ackerwildkräutern. Foto: Michael Welling

Um einen fundierten Überblick über den aktuellen Stand des Wissens zu bekommen und die gesellschaftlichen Leistungen des Ökolandbaus differenziert zu bewerten, hat das Thünen-Institut zusammen mit anderen Forschungspartnern die wissenschaftliche Literatur zu diesem Thema ausgewertet. Besonderes Augenmerk wurde auf die Bereiche Wasserschutz, Bodenfruchtbarkeit, biologische Vielfalt, Klimaschutz und -anpassung, Ressourceneffizienz und Tierwohl gelegt. Für die Studie wurden 528 Veröffentlichungen ausgewertet, in denen insgesamt 33 Vergleichsparameter zwischen ökologisch und konventionell wirtschaftenden Betrieben betrachtet wurden. Die Ergebnisse der Studie wurden als Thünen Report 65 (pdf) veröffentlicht.

Quelle: Thünen-Institut

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Mais-Kiwellin entwaffnet Aktivität eines Pilzeffektors

Das Protein Kiwellin wird als Abwehrreaktion auf die Aktivität des Enzyms Cmu1 gebildet. Abbildung: Gert Bange, Uni Marburg

Pflanzen werden ständig von Krankheitserregern befallen. Um sich selbst zu schützen, produzieren sie eine Reihe von Abwehrproteinen. Kiwelline sind eine Familie von sekretierten Pflanzenproteinen, die in vielen Pflanzenarten vorkommen. Ihre biologische Funktion ist jedoch weitgehend unbekannt. Eine Ausnahme bildet Kwl1 aus der Kiwi-Frucht, welches als humanes Allergen fungiert. Ein Team vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie um Prof. Dr. Regine Kahmann hat zusammen mit Forschenden vom LOEWE Zentrum für Synthetische Mikrobiologie (Synmikro) in Marburg um Prof. Dr. Gert Bange und vom Fachbereich Biologie der Philipps-Universität Marburg erstmals eine biologische Funktion eines Pflanzen-Kiwellins beschrieben. Sie haben ein Mais-Kiwellin gefunden, das spezifisch die Chorismat-Mutaseaktivität des Ustilago-maydis-Effektors Cmu1 hemmt, wie sie im Fachjournal Nature (DOI: doi.org/10.1038/s41586-018-0857-9) berichten. Die Ergebnisse zeigen, dass Kiwelline zur Pflanzenabwehr gegen Pilzerreger beitragen.

Quelle: MPI für terrestrische Mikrobiologie

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Pflanzliche Antioxidantien gewinnen an Bedeutung

Der menschliche Organismus ist ständig sogenannten freien Radikalen ausgesetzt, die für den Körper eine Belastung darstellen. Nehmen diese überhand, spricht man von oxidativem Stress, der Krankheiten begünstigen kann. Während dieser in der Vergangenheit mit Hilfe von antioxidativen Vitaminen und Mineralien behandelt wurde, setzen Wissenschafter*innen nun vermehrt auf den Einsatz von Phytochemikalien, also sekundäre Pflanzenstoffe. Das hat eine Analyse von knapp 300.000 wissenschaftlichen Arbeiten eines Teams um den Molekularbiologen Atanas G. Atanasov von der Uni Wien ergeben. Die Ergebnisse sind kürzlich in der Fachzeitschrift Oxidative Medicine and Cellular Longevity erschienen.

Quelle: Uni Wien

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Fossile coralline Rotalgen sind 300 Millionen Jahre älter als gedacht

Die neu entdeckte coralline Rotalge namens Aguirrea fluegelii in einem Dünnschliff aus 430 Millionen Jahre altem Gestein. Bild: Sebastian Teichert, FAU

Bislang gingen Paläontologen davon aus, dass es coralline Rotalgen seit 130 Millionen Jahren gibt, also seit dem Zeitalter der Dinosaurier. Diese Einordnung muss nun revidiert werden: Forschende vom GeoZentrum Nordbayern der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) beschreiben zusammen mit Kolleg*innen von der australischen La Trobe University im Fachmagazin Palaeontology (DOI: doi.org/10.1111/pala.12418) Fossilien, die belegen, dass coralline Rotalgen bereits vor 430 Millionen Jahren existierten. „Durch unseren Fund müssen wir einen ganz neuen Blick auf den Fossilbericht werfen“, erklärt Dr. Sebastian Teichert. Denn bis jetzt galt ein höheres Alter der corallinen Rotalgen als so unwahrscheinlich, dass Fossilien, die in älteren Gesteinsschichten als der Kreidezeit gefunden wurden, allein wegen ihres Alters meist gar nicht erst als coralline Rotalgen in Betracht gezogen wurden.

Quelle: FAU

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Herkunft der Qingke-Gerste in Tibet geklärt

Verbreitungswege für Gerste und Weizen nach China und Tibet. Grafik: Nature Communications via IPK Gatersleben

Gerste gilt als die erste von Menschen angebaute Feldfrucht. Lange Zeit wurde vermutet, dass - neben dem fruchtbaren Halbmond im Nahen Osten - Tibet ein Ursprungsort dieser wichtigen Kulturpflanze sein könnte. Durch die Sequenzierung unterschiedlicher Gerstenmuster haben Forschende vom IPK Gatersleben in Kooperation mit zehn internationalen Forschungsinstituten nun aufzeigen können, dass die tibetanische Qingke-Gerste (Hordeum vulgare L.) tatsächlich von einer Gerste abstammt, welche im östlichen fruchtbaren Halbmond domestiziert wurde. Sie wurde vor rund 4500 bis 3500 Jahren durch Zentralasien über eine Südroute nach Tibet eingeführt, berichten die Forschenden im Fachmagazin Nature Communications (DOI: doi.org/10.1038/s41467-018-07920-5).

Quelle: IPK Gatersleben (pdf)

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Neuer Lichtsensor in zwei Algen entdeckt

In dieser mehrzelligen Volvox-Alge wurde der neuartige Lichtsensor 2c-Cyclop mit Fluoreszenz grün markiert. Er zeigt sich in Membranen um den Zellkern herum. Bild: Eva Laura von der Heyde

Einen ungewöhnlichen neuen Lichtsensor haben Forschende in zwei Grünalgen entdeckt, in der einzelligen Chlamydomonas reinhardtii sowie wie in der mehrzelligen Volvox carteri. Bei dem neuen Photorezeptor handelt es sich um eine Guanylylcyclase. Dieses Enzym kann den Botenstoff cGMP synthetisieren. Bei der Guanylylcyclase aus den Algen hemmt Licht diese Aktivität, wodurch sich die cGMP-Konzentration verringert – und genau das passiert auch im Auge des Menschen, sobald dort die Rhodopsine Licht absorbieren. Reguliert wird der neu entdeckte Sensor, dem die Forschenden den Namen „Two Component Cyclase Opsin“ oder kurz kurz 2c-Cyclop gaben, von Licht und vom Molekül ATP. In der Fachzeitschrift BMC Biology (DOI:  doi.org/10.1186/s12915-018-0613-5) weisen die Forschungsgruppen von Professor Armin Hallmann (Uni Bielefeld) und Professor Georg Nagel (Uni Würzburg) dessen Funktion nach und charakterisieren ihn mittels mehrerer Methoden. Die Aufklärung neuer Rhodopsine dürfte auch die sog. Optogenetik voranbringen, denn mit diesen Photorezeptoren lässt sich die Aktivität lebender Gewebe und Organismen durch Lichtsignale beeinflussen.

Quelle: Uni Würzburg

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Land als Lebensgrundlage weltweit in Bedrängnis

Der weltweite Druck auf Landfläche als natürliche Lebensgrundlage hat in den letzten Jahren erheblich zugenommen. Landfläche als Grundlage für Ökosysteme und Artenvielfalt schwindet am schnellsten, aber auch der Verlust von landwirtschaftlicher Fläche ist in mehreren Teilen der Welt von erschreckender Bedeutung. Die Lage kann nur abgemildert werden, wenn lokale und globale Handlungen abgestimmt ineinandergreifen, so eine Studie von Felix Creutzig und Kollegen vom Mercator Institute on Global Commons and Climate Change in Berlin (mcc-berlin), die gerade in der Fachzeitschrift Global Sustainability erschienen ist. Demnach ist der schnellste Artenverlust im Amazonas und in Indonesien zu beobachten. Landwirtschaftliche Fläche schwindet dagegen vor allem in China, Indien, und im nördlichen Afrika.

Quelle: mcc-berlin

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Überdominanz-Hypothese belegt

Die drei Farbvarianten des Schwarzen Kohlröschens (Gymnadenia bzw. Nigritella rhellicani). Fotos: Roman Kellenberger, Uni Zürich

Mischerbige Pflanzen haben einen Selektionsvorteil gegenüber reinerbigen und vermehren sich besser. Mit dieser Hypothese der sogenannten Überdominanz wird seit 1951 das Vorkommen verschiedener Erscheinungsformen eines Organismus in einer Population erklärt. Nun haben Forschende der Universitäten Hohenheim, Zürich, Wien und Cambridge die fast 70 Jahre alte genetische Überdominanz-Hypothese an einer natürlichen Population bestätigt. Das Forschungsobjekt: Das Schwarze Kohlröschen (Gymnadenia rhellicani), eine nach Vanille duftende Alpen-Orchidee. Auf der Seiser Alm in Südtirol ist sie nicht nur in ihrer dunklen Variante zu finden. Wie die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Communications (DOI: doi.org/10.1038/s41467-018-07936-x) schildern, differieren sie in den Cyanidin-Farbstoffen. Diese sind einer unterschiedlich starken Expression der Gene für das Enzym Anthocyan-Synthase zurückzuführen, die wiederum von einem Transkriptionsfaktor reguliert werden. Außerdem zeigen die Forschenden, dass Bienen die dunklen Blüten bevorzugen, Fliegen die weißen, und die roten werden von beiden Bestäubern aufgesucht.

Quelle: Uni Hohenheim

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Biologischer Pflanzenschutz in Meeresalgenkulturen

Algenfarm im chinesischen Rongcheng. Foto: Florian Weinberger, GEOMAR

Der Anbau von Pflanzen in Monokulturen birgt nicht nur an Land ein erhöhtes Risiko bei Ausbruch von Krankheiten oder Befall von Schädlingen. Auch bei der Algenzucht im Meer stellt dies ein erhöhtes Risiko dar. Ein deutsch-chinesisches Team von Forschenden hat in Kooperation mit in der Algenzucht aktiven Unternehmen einen biologischen Pflanzenschutz entwickelt, der sehr wirksam vor bestimmten Krankheitserregern schützt. Die Ergebnisse der Studie, die vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel koordiniert wurde, sind jetzt in der internationalen Fachzeitschrift Journal of Applied Phycology (DOI: doi.org/10.1007/s10811-018-1709-6) erschienen.

Quelle: Geomar

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Kambodschas Tropenwälder weichen Plantagen

Die Tropenwälder Kambodschas weichen immer häufiger industriell betriebenen Plantagen. Foto: Patrick Hostert, HU Berlin

Über 2,2 Millionen Hektar – 24% der kambodschanischen Waldfläche – sind zwischen 2001 und 2015 zerstört worden. Das haben Forschende mit Hilfe hoch aufgelöster Satellitendaten ausgemessen. Sie berechneten, dass fast ein Viertel des gerodeten Landes zur Anpflanzung einer nicht in Kambodscha heimischen Gummibaumart (Hevea brasiliensis) zur Kautschukproduktion verwendet wurde. Während die Kautschukpreise bis Anfang der 2000er Jahre immer um die Marke von 1 US-Dollar pro Kilogramm pendelten, betrug der Spitzenpreis 2011 mehr als 6 US-Dollar. Die Analysen der Forschenden um Kenneth Grogan, eines Autorenteams der Universität Kopenhagen und der Humboldt-Universität zu Berlin belegen den starken Zusammenhang zwischen der Entwaldungsrate und dem Handelswert von Kautschuk in einer im Dezember in der Fachzeitschrift Nature Plants veröffentlichten Studie (DOI: doi.org/10.1038/s41477-018-0325-4). Wie die Humboldt-Universität (HU) beim Informationsdienst Wissenschaft (idw) berichtet, zeigen die Forschenden auch, wie eng Landnutzung und tropische Entwaldung mit weltweit steigendem Konsum und politischen Rahmenbedingungen zusammenhängen. Kambodschas Wälder werden wohl weiter schrumpfen, solange die Politik Kambodschas an einer Förderung agroindustrieller Kautschukplantagen festhält, folgern die Forschenden.

Quelle: HU Berlin beim idw

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Neues Bildgebungsverfahren misst Saccharose-Menge

Saccharose-Verteilung im Halm der Gerstenpflanze (Hordeum vulgare): Gefrierschnitt (links) und Karte der Saccharoseverteilung (rechts) gemessen mittels FTIR Mikrospektroskopie. Aufnahmen und copyright: IPK Gatersleben

Forschende haben ein neuartiges Verfahren zur Visualisierung von Saccharose auf einer bisher noch nicht erreichten mikroskopischen Ebene entwickelt. Durch die neue Technologie kann die Zuckerkonzentration in verschiedenen, pflanzlichen Geweben exakt bestimmt werden. Somit steht den Forschenden ein neues Präzisionswerkzeug zur Untersuchung von Zuckertransport und Ertragspotenzialen in Kulturpflanzen zur Verfügung. Das von Forschenden vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben entwickelte Verfahren stellten sie im Dezember im Fachmagazin Plant Physiology vor (DOI: https://doi.org/10.1104/pp.18.00947).

Quelle: IPK (pdf)

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Stoffwechsel von Tabak-Pflanzen effizienter gemacht

Vier Wildtypen (links) wachsen neben den Tabak-Pflanzen mit dem Stoffwechsel-Bypass (rechts). Dank des Bypasses der Photorespiration können diese viel mehr Energie in ihr Wachstum stecken. Foto: Brian Stauffer, University of Illinois

US-Forschende haben ein natürlich bei der Photosynthese anfallendes, schädliches Stoffwechselprodukt mit einem neu eingebauten Umweg entsorgt, sodass die Tabak-Pflanze weniger Energie aufwenden mussten, um diese zu neutralisieren. Die Pflanzen konnten daher sowohl in Gewächshäusern als auch auf Feldern rund 40 Prozent mehr Biomasse erzeugen als herkömmliche Tabakstauden, berichten die Forschenden von der Universität Illinois im Fachmagazin Science (DOI: https://doi.org/10.1126/science.aat9077). Dazu hatten sie die Tabak-Pflanzen mit Genen des Riesenkürbisses (Cucurbita maxima) und der Grünalgen-Art Chlamydomonas reinhardtii ausgestattet. Über die Studie berichten auch der Spiegel und die FAZ.

Quelle: Universität Illinois

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Neuer Typ einer biologischen Uhr mit modulierbarer Frequenz

Die Studie wurde mit jungen Arabidopsis-Pflanzen durchgeführt. Foto: Stefan Kircher, Peter Schopfer

Der Umweltfaktor Licht steuert die Ausgestaltung des pflanzlichen Wurzelsystems durch Neubildung von Seitenwurzeln. Wie Forschende im Fachmagazin Development zeigen, moduliert Licht die Frequenz von periodischen Genaktivierungspulsen in der Wurzelspitze mit Hilfe eines molekularen Schwingkreises, eines so genannten Oszillatorsystems. Dabei übernimmt das Pflanzenhormon Auxin die Rolle des Zeitgebers, beeinflusst also die Frequenz der Schwingungen. Das haben die Freiburger Pflanzenbiologen Dr. Stefan Kircher und Prof. Dr. Peter Schopfer vom Institut für Biologie II der Albert-Ludwigs-Universität gezeigt, und ein  Modell eines neuartigen Typs einer biologischen Uhr mit modulierbarer Frequenz vorgestellt.
Quelle: Uni Freiburg

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Älteste Fossilien dreier Pflanzengruppen identifiziert

Dieses Fossil eines Samenfarns stammt aus dem Perm - es entstand vor etwa 255 Millionen Jahren. Foto: Palaeobotany Research Group Münster, P. Blomenkemper et al. Science, 362/1414, WWU

Eine Wiege der Pflanzenevolution haben Paläobotaniker im heutigen Jordanien an der Ostküste des Toten Meeres ausgemacht und im Fachmagazin Science (DOI: 10.1126/science.aau4061) vorgestellt. Das Team um die Paläobotaniker Dr. Benjamin Bomfleur und Patrick Blomenkemper von der Westfälische Wilhelms-Universität Münster (WWU) entdeckte dort Pflanzenfossilien, die aus dem Perm stammen, aber Merkmale tragen, die als typisch für jüngere Fossilien gelten. Die neu entdeckten Fossilien sind die nun ältesten bekannten Angehörigen dreier Pflanzengruppen. Alle drei Gruppen sind deutlich älter als zuvor vermutet. Zu den Pflanzengruppen zählen die zu den Nadelbäumen gehörenden Steineibengewächse (Podocarpaceen), die heute die zweitgrößte Gruppe von Nadelhölzern bilden. Unter den Fundstücken befindet sich der vermutlich älteste Fossilnachweis von noch heute lebenden Gruppen von Nadelbäumen überhaupt. Außerdem fanden die Forschenden Fossilien bestimmter Samenfarne (Corystospermaceen), die seit etwa 150 Millionen Jahren ausgestorben sind, sowie Überreste sogenannter Bennettiteen, einer ebenfalls ausgestorbenen Gruppe von Samenpflanzen mit blütenähnlichen Fortpflanzungsorganen.
Quelle: WWU

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Struktur und Funktion von Photosynthese-Komplex I aufgeklärt

Jacqueline Thiemann und Marc Nowaczyk interessieren sich für Proteinkomplexe in Cyanobakterien, die sie an der Ruhr-Universität in großen Tanks halten. Foto und © Marquard, RUB

Ein internationales Team Forschender hat die Struktur und Funktionsweise des photosynthetischen Komplex I aufgeklärt. Der Membranprotein-Komplex spielt eine wichtige Rolle in der dynamischen Anpassung von Elektronentransportprozessen bei der Photosynthese. "Die Ergebnisse schließen eine der letzten großen Wissenslücken im Verständnis der fotosynthetischen Elektronentransportwege“, sagt der Privatdozent Dr. Marc Nowaczyk, der die Bochumer Projektgruppe Cyanobacterial Membrane Protein Complexes leitet. Die Kooperationspartner des Max-Planck-Instituts für Biochemie, der Osaka University und der Ruhr-Universität Bochum (RUB) berichten über die Arbeiten zusammen mit Kolleginnen und Kollegen weiterer Einrichtungen in der Zeitschrift Science.
Quelle: RUB

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Sulfat macht Pflanzen widerstandsfähiger gegenüber Wassermangel

Über das Bodenwasser nehmen Pflanzen das Mineral Sulfat auf. Wie Sulfat die Produktion des Trockenstress-Hormons Abszisinsäure (ABA) kontrolliert und damit zur Widerstandsfähigkeit gegenüber Dürre beiträgt, hat ein internationales Team unter Leitung von Forschenden der Universität Heidelberg aufgedeckt. Mit diesen Erkenntnissen lässt sich nun besser verstehen, wie das Signal für Wassermangel aus der Wurzel in die Blätter weitergeleitet wird. Die Forschungsarbeiten in Heidelberg wurden am Centre for Organismal Studies (COS) durchgeführt und sind im Fachjournal The Plant Cell publiziert.
Quelle: Uni Heidelberg

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Der Trockenheit trotzen

Im Querschnitt durch die Nadel einer Kiefer sind zwei Poren an der Oberfläche erkennbar. Diese Stomata regulieren die Wasserverdunstung und die Kohlendioxid-Aufnahme. Illustration: Miriam Isaac-Renton

Warum die Toleranz gegenüber Trockenheit bei Bäumen aus dem borealen Nordwesten Kanadas gering ist, hat ein internationales Team aus Kanada, Deutschland und der Schweiz gezeigt, dem auch Prof. Dr. Heinrich Spiecker von der Professur für Waldwachstum der Universität Freiburg angehört. Dazu hat es Informationen genutzt, die in Jahrringen von Kiefern gespeichert sind. Die Wälder dieser Region sind nicht in der Lage, dem in Zukunft erwarteten häufigeren Auftreten von Trockenheit standzuhalten, weil sie ihre Stomata nicht schließen, mit denen die Nadeln ihren Wasserverlust regulieren. Die Ergebnisse des Teams zeigen aber auch eine mögliche Lösung des Problems, wie es in der Fachzeitschrift Nature Communications berichtet: Kiefern aus südlicheren Breiten sind widerstandsfähiger gegenüber Trockenheit. Die Toleranz der Wälder kann daher erhöht werden, wenn diese Bäume auch etwas weiter nördlich gepflanzt werden.
Quelle: Uni Freiburg

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Keine Pause bei globaler Erwärmung – angebliche Verlangsamung entwirrt

Die fortschreitende Klimaerwärmung ist heute offensichtlich: Die vergangenen vier Jahre waren die wärmsten seit Beginn der Wetteraufzeichnungen, der jüngste Sommer brachte Wetterextreme auf der gesamten Nordhalbkugel, der Forschungsstand ist eindeutig. Noch vor ein paar Jahren jedoch wurde von manchen Medien und einigen Experten eine vermeintliche Pause der globalen Erwärmung diskutiert – obwohl es nie statistische Belege für eine nennenswerte Verlangsamung gegeben hat, wie neue Forschung jetzt bestätigt. Eine Gruppe internationaler Forschender - darunter vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) - hat die Verwirrung um die angebliche Erwärmungspause gründlich analysiert und dazu zwei Artikel im Fachjournal Environmental Research Letters publiziert.
Quelle: PIK

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Schaumkresse genetisch an schwermetall-verseuchte Böden angepasst

Die Böden rings um Blei- und Zinkminen, wie hier im polnischen Olkusz-Boleslaw sind massiv mit Schwermetallen verseucht. Foto: Pierre Vollenweider, WSL

Blei, Zink, Cadmium: Was Mensch, Tier und die meisten Pflanzen schwer krank macht, stört die Hallersche Schaumkresse (Arabidopsis halleri) nur wenig. Sie hat sich genetisch so angepasst, dass sie auch auf Böden wachsen kann, die mit Schwermetallen verseucht sind. Dies wiesen Forschende der Eidgenössischen Forschungsanstalt WSL an Pflanzen von unterschiedlich stark belasteten Standorten nach. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Scientific Reports.
Quelle: WSL

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Nahrungsmittel-Produktion und Klimaschutz

Soll die globale Erwärmung entsprechend des Klimaschutzabkommens von Paris auf höchstens 1,5°C begrenzt werden, dann müssen nicht nur die Emissionen deutlich verringert werden. Ambitionierte Klimaschutzstrategien setzen zusätzlich auf die gezielte Nutzung von Land zur vermehrten Aufnahme und Speicherung von Kohlenstoff, etwa durch großräumige Aufforstung oder die Produktion von Bioenergie. Allerdings wird sich auch der weltweite Nahrungsmittelbedarf bis zum Jahr 2050 wahrscheinlich mehr als verdoppeln. Die Konkurrenz um fruchtbares Land steigt also weiter. Diesem Dilemma widmet sich eine neue Studie der Humboldt-Universität zu Berlin (HU), die in der Zeitschrift Nature erschienen ist. Sie geht der grundlegenden Frage nach, welche Veränderungen in der Landnutzung zum Klimaschutz beitragen, indem sie einerseits dem weltweiten Nahrungsmittelbedarf gerecht werden und anderseits Treibhausgasemissionen entgegenwirken.  
Quelle: HU Berlin

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Pflanzen-Spermien: Die Evolution begann mit einer einzigen molekularen Veränderung

Wie neue Zell-Typen entstehen, bleibt eine große Frage in der Biologie. Bei vielzelligen Organismen läuft die Reproduktion im Allgemeinen über kleine, bewegliche Spermien, die die großen unbeweglichen Eizellen befruchten. Die stark variierende Morphologie der Spermien wirft jedoch die Frage auf, ob dieser Zelltyp aus einem einzigen gemeinsamen Vorfahren entstanden ist, oder ob die Identität der Spermien durch mehrere Ereignisse in verschiedenen Gruppen von Organismen definiert wurde. Nun haben Forschende Gregor Mendel Institut (gmi) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und des Takashi-Araki-Labors an der Kyoto-Universität im Fachjournal Nature Communications geschildert, dass ein einziges molekulares Ereignis vor 700 Millionen Jahren für die Evolution der Spermien aller Landpflanzen verantwortlich war.
Quelle: gmi

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Mehr Energiepflanzen sind für Natur so schädlich wie Klimawandel

Um das 1,5 Grad Ziel zu erreichen müssten auf bis zu 4,3 Prozent der globalen Landflächen Energiepflanzen wie beispielsweise Mais angebaut werden. Foto: Christian Hof

Eigentlich profitiert die Natur vom Klimaschutz, für den die Bioenergie lange als Heilsbringer galt. Um das 1,5-Grad-Ziel zu erreichen, wird aber davon ausgegangen, dass Bioenergie-Pflanzen großflächig angebaut werden müssen. Neuen Modellen zufolge werden dadurch insgesamt mehr Lebensräume von Wirbeltieren vernichtet als von einem abgeschwächten Klimawandel profitieren, berichten Forschende des Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrums, der TU München und der Durham University soeben im Fachblatt Proceedings of the National Academy of Sciences. Der vermeintliche Vorteil eines solchen Klimaschutzes käme daher den Arten nicht zugute.
Quelle: Senckenberg

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Bäume in kalten Regionen ertragen Dürre schlecht

Mit Kälte haben sie kein Problem, aber bei grosser Trockenheit machen sie schlapp: Küstenkiefern im hohen Norden Kanadas können sich nicht an Dürre anpassen. Dies ergab die Studie eines einzigartigen Langzeitexperiments. Bei diesem wurden vor über 30 Jahren Kiefernsämlinge aus nördlichen, feucht-kalten Regionen an einen wärmeren Standort verpflanzt und so ein Erwärmungsszenario simuliert. Der Befund könnte auch für Schweizer Bergwälder gelten. Die Ergebnisse haben die Forschenden an denen auch die Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL beteiligt war im Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht.
Quelle: WSL

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Mehr Bioplastik führt nicht zwingend zu mehr Klimaschutz

Bioplastik wird gerne als umwelt- und klimafreundliche Alternative zu herkömmlichen Kunststoffen auf Erdölbasis vermarktet. Eine Analyse der Universität Bonn legt nun aber nahe, dass eine Umstellung auf pflanzenbasierte Kunststoffe weniger positiv wirken könnte als gedacht. So dürfte eine steigende Nutzung von Bioplastik den weltweiten Ausstoß von Treibhausgasen zunächst sogar erhöhen. Die Studie erscheint in den Environmental Research Letters, ist aber bereits online abrufbar.
Quelle: Uni Bonn

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Pflanzenhormon Jasmonsäure verschließt Blattporen

3D-Modell des GORK Kalium-Ionenkanals aus Schließzellen der Ackerschmalwand. Wird die Pflanze verwundet, startet in den Schließzellen die Jasmonsäure-Signalkette, die den GORK-Kanal aktiviert. Bild: Dirk Becker

Das Pflanzenhormon Jasmonsäure übernimmt auch eine Funktion, die bislang unbekannt war: Es sorgt dafür, dass sich die Blattporen schließen, sobald Blätter verletzt werden. Für die Pflanze könnte das ein Notsignal sein. Den molekularen Mechanismus hat nun der Pflanzenforscher Prof. Dr. Dirk Becker vom Lehrstuhl für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) gemeinsam mit Kolleg*innen aus Münster, Heidelberg, dem französischen Lyon, dem spanischen Valencia, München-Freising, im Fachjournal Developmental Cell geschildert. Wie sie schreiben, spielt der Kaliumkanal GORK wesentliche Rolle. Das Forschungsteam identifizierte außerdem die Protein-Phosphatase ABI2 als einen Hemmstoff des Jasmonsäure-Signals in Schließzellen. Das Protein wirkt der Kinase-vermittelten Kanalaktivierung entgegen.
Quelle JMU

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Weizen nutzt Abwehrstoffe multifunktional

Wird Weizen von Blattläusen befallen, produziert er eine weniger giftige Form von Benzoxazinoiden, die die Bildung von Kallose reguliert. Kallose hindert Blattläuse am Saugen. Foto: Beibei Li und Tobias Züst / Universität Bern, Schweiz

Getreidepflanzen können Giftstoffe direkt zur Verteidigung gegen Schmetterlingsraupen einsetzen, sie aber auch zur Steuerung von Abwehrmechanismen gegen Blattläuse verwenden. Die Multifunktionalität von Benzoxazinoiden wurde von Forschenden der Uni Bern und des Teams um Tobias Köllner vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie nun im Fachjournal Science Advances vorgestellt. Benzoxazinoide wirken einerseits als Giftstoffe gegen Schmetterlingsraupen, und andererseits führen sie indirekt die Bildung von Kallose herbei, die dazu beiträgt, Leitgefäße abzudichten, und so Blattläusen das Saugen zu erschweren. Als Schalter zwischen diesen unterschiedlichen Funktionen identifizierten die Forschenden ein Methyltransferase-Enzym, das über Raupenfraß aktiviert wird und das es Weizenpflanzen ermöglicht, ihre Abwehr auf den jeweiligen Befall einzustellen.
Quelle: MPI  für chemische Ökologie

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Pflanzen erben das Wissen, wo oben und unten ist, von der Mutter

PIN2 befindet sich nur am oberen Ende jeder Zelle und markiert die Polarität (Magenta). Foto und ©: Matouš Glanc

In Pflanzen hängt die Polarisierung des gesamten Organismus davon ab, dass jede einzelne Zelle weiß, wo oben und wo unten ist und dementsprechend polarisiert wird. Eine Zellteilung stört jedoch diese Polarisierung. Wie die Polarität wiederhergestellt wird, war bislang unbekannt. Nun haben Forschende des Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) einen Teil des Rätsels gelöst: Sie fanden heraus, dass Pflanzenzellen von ihrer Mutterzelle das Wissen darüber erben, wo oben und unten ist. Die Studie, geleitet von Jiří Friml, Professor am IST Austria, und mit Erstautor Matouš Glanc, PhD Student in der Friml-Gruppe, und Matyáš Fendrych, früher Postdoc in der Friml-Gruppe und heute Assistenzprofessor an der Karlsuniversität in Prag, erscheint heute in Nature Plants.
Quelle: IST Austria

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Wie Lärchen den hohen Norden Sibiriens erobern

Seen liegen zwischen den lichten Lärchenwäldern in Sibirien. Foto: Stefan Kruse, AWI

Forschenden des Alfred-Wegener-Institutes (AWI), Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung ist es erstmals gelungen, die historische Entwicklung nordsibirischer Lärchenwälder in den zurückliegenden 9000 Jahren zu rekonstruieren. So konnten sie bestimmen, welche Faktoren die Verbreitungsgrenzen verschiedener Lärchenarten und damit auch die Kohlendioxid-Aufnahmekapazität der Wälder ausmachen - eine Frage mit unmittelbarer Relevanz für mögliche zukünftige Verschiebungen der Verbreitungsgebiete der Lärchen. Demnach entscheidet nicht die Lufttemperatur allein darüber, welche der drei sibirischen Lärchenarten in einer Region dominiert. Ausschlaggebender ist der biologische Wettbewerb zwischen den Arten, sowie die Frage, welche Art diese Fläche historisch als erste besiedelt hat. Die neue Studie erscheint heute im Fachmagazin Scientific Reports.
Quelle: AWI

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Düngung und Schmetterlingssterben

Der Braune Feuerfalter (Lycaena tityrus) ist eine der Schmetterlingsarten, bei der eine Stickstoffdüngung der Wirtspflanzen zu erhöhter Sterblichkeit bei den Raupen führt. Foto: T. Fartmann

Eine im Fachmagazin Oecologia veröffentlichte Studie macht hohe Stickstoffkonzentration in Wirtspflanzen für den Rückgang der Falter verantwortlich. Gemeinsam mit seinen Co-Autoren Susanne Kunze von der Universität Bayreuth und PD Dr. Thilo Heinken von der Universität Postdam hat apl. Prof. Dr. Thomas Fartmann von der Uni Osnabrück darin erstmals belegt, dass die aktuellen Düngeraten in der Landwirtschaft den physiologischen Toleranzbereich der meisten Schmetterlingsarten überschreiten. Somit trägt die Düngung direkt zum flächendeckenden Rückgang vieler Schmetterlingsarten bei. Das meldet die Universität heute beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).  
Quelle: idw

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Hohe Baum-Mortalität in Mitteleuropa

Baummortalität durch Borkenkäfer und Windwurf im Nationalpark Berchtesgaden. Foto: Cornelius Senf

In letzter Zeit häufen sich Meldungen über tote Bäume in den Wäldern Mitteleuropas. Eine soeben in der Fachzeitschrift Nature Communications publizierte Studie der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) dokumentiert stark steigende Baummortalität in Mitteleuropas Wäldern in den letzten 30 Jahren. Dazu hatten Forschende der HU und der Universität für Bodenkultur in Wien die Baummortalität in Deutschland, Österreich, Polen, Tschechien, der Slowakei und der Schweiz untersucht. Die Wissenschaftler*innen um Cornelius Senf und Rupert Seidl konnten anhand von 720. 000 manuell interpretierten Satellitenbildern zeigen, dass sich die Mortalität in Mitteleuropas Wäldern in den letzten dreißig Jahren verdoppelt hat. War 1985 im Schnitt noch ein halbes Prozent der Waldfläche pro Jahr von Mortalität betroffen, so waren es 2015 bereits ein Prozent pro Jahr. Insgesamt ist somit jährlich eine Waldfläche von rund 3. 000 km2 betroffen, das entspricht in etwa der Fläche des Saarlands. Basierend auf den nun vorliegenden Daten ist erstmals klar, dass die aktuelle Welle der Baummortalität jene des „Waldsterbens“ vor 30 Jahren deutlich übersteigt, mahnen die Forschenden.
Quelle: HU Berlin

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Unsere Wälder können mehr als Holz produzieren

Die meisten europäischen Wälder dienen vor allem der Holzproduktion. Der Wald bietet aber auch Erholungsraum und speichert Kohlendioxid, aber es ist nicht klar, wie Wälder für diese vielfältigen Vorteile bewirtschaftet werden können. Eine neue Studie unter der Leitung der Universität Bern zeigt nun, was die Forstwirtschaft verbessern kann, so dass Waldflächen möglichst viele Funktionen erfüllen. Allerdings seien einige Kompromisse zwischen den Dienstleistungen unvermeidlich. Studien-Letztautor Eric Allan: "Unsere Ergebnisse zeigen, dass man viele Dienstleistungen erreichen kann, wenn man die richtigen Waldattribute fördert. Aber es gibt keinen Waldtyp, der alle Dienstleistungen erbringen kann, die wir uns wünschen. Wir sollten daher ein Forstsystem anstreben, in dem es eine Mischung aus verschiedenen Waldlandschaften gibt, die unterschiedliche Eigenschaften haben." Ihre Ergbnisse haben die Forschenden im Fachjournal Nature communications publiziert.
Quelle: Uni Bern

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Die Tricks des Feuerbrand-Bakteriums

Schwarzes abgestorbenes Gewebe weist auf Feuerbrandinfektion hin. Foto: Susan Schröpfer, JKI

Der Feuerbranderreger überredet den Apfel, ihm ein Bett aus toten Zellen zu bereiten, von dem er sich ernährt. Forschende des Julius Kühn-Instituts (JKI) weisen jetzt nach, dass ein einziges Protein ausreicht, um den morbiden Vorgang anzustoßen. Die erstaunliche Wirkung, die dieses eine Protein, losgelöst vom Bakterium, auf den Apfel hat, beschreiben die Forschenden des JKI aus Dresden und Berlin gemeinsam mit ihren Partnern vom US-Department of Agriculture in Kearneysville und der Plant and Food Research Ltd. in Neuseeland in ihrer aktuellen Publikation im Journal Molecular Plant-Microbe Interactions. Deutsche Obstanbauern fürchten das krankheitsauslösende Bakterium Erwinia amylovora, denn es lässt sich nur schwer bekämpfen, besonders da eine Behandlung mit Antibiotika verboten ist.
Quelle: JKI

 

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Warum sich Phytoplankton im Meer ungleich verteilt

Künstlerische Wiedergabe von Phytoplanktonarten, die eine ungleichmäßige Verteilung bilden. Bild: Marco Mazza MPIDS

Warum Algen im Meer trotz dessen Grenzenlosigkeit ungleichmäßig verteilt sind, habe Forschende vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) nun im Fachjournal PNAS erklärt. Die ungleichmäßige räumliche Verteilung ist insofern überraschend, als es der intuitiven Erwartung entgegensteht, dass die milden Turbulenzen, die in Gewässern allgegenwärtig sind, Mikroorganismen ehr vermischen und relativ gleich verteilen. Demnach werden die Ungleichmäßigkeiten in Algenblüten durch leichte Turbulenz ausgelöst. „In unserer Arbeit haben wir festgestellt, dass milde Turbulenz subtil mit der Schwimmfähigkeit des Phytoplanktons wechselwirken und so zu räumlich ungleichmäßigen Verteilungen der Zellen führen können.“, sagt Rebekka Breier als Hauptautorin der Göttinger Studie.
Quelle: MPIDS

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Arktis bis Tropen: einmalige Datenbank zur Vegetation der Erde

"sPlot" ist die erste globale Vegetationsdatenbank. Grafik: Francesco Maria Sabatini, MLU

Welche Pflanzenart wächst wo, mit welcher anderen zusammen – und warum? Um die Vielfalt der globalen Vegetation sinnvoll zu beschreiben, braucht es nur wenige Eigenschaften jeder Art. Das zeigt ein Team unter Leitung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig. In einer neuen Studie in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution präsentieren sie die weltweit erste, globale Vegetationsdatenbank mit über 1,1 Millionen kompletten Pflanzenartenlisten für alle Ökosysteme auf dem Festland. Diese wurden von Hunderten von Forschenden aus aller Welt in den vergangenen Jahrzehnten erhoben. "Jeder Punkt in unserer Datenbank ist ein realer Ort mit genauen Koordinaten und Angaben über alle Pflanzenarten, die dort zusammen leben", erklärt  Prof. Dr. Helge Bruelheide vom Institut für Geobotanik der MLU und Co-Direktor von iDiv. Die Datenbank soll künftig auch weiteren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zur Bearbeitung ihrer eigenen Themen zur Verfügung stehen.
Quelle: MLU

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Ozeanversauerung begünstigt Vermehrung einer giftigen Alge

Taucher neben einem Kieler Mesokosmos vor Gran Canaria. In neun dieser Versuchsbehälter wurden zukünftige Kohlendioxid-Bedingungen simuliert. Foto: Michael Sswat, GEOMAR (CC BY 4.0)

Steigen die Kohlendioxid-Konzentrationen in der Atmosphäre und folglich auch im Ozean weiter an, könnte dies die massenhafte Vermehrung toxischer Algen begünstigen, mit weitreichenden Folgen für das Nahrungsnetz im Meer. Ab einer Kohlendioxidkonzentration von 600 ppm (parts per million) vermehrte sich die giftige Alge Vicicitus globosus deutlich, ab 800 ppm kam es zu starken Algenblüten. Das hat ein zweimonatiges Freilandexperiment vor den Kanarischen Inseln gezeigt, das eine internationale Gruppe von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter Leitung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel durchgeführt hat. Die Ergebnisse sind jetzt in der internationalen Fachzeitschrift Nature Climate Change erschienen.
Quelle: GEOMAR

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Spezialisierter Transport zur Stickstoff-Versorgung

Schematische Darstellung des symplastischen und apoplastischen Transportwegs von Ammonium in die Wurzel bei niedriger (oben) und hoher Konzentration. Grafik: IPK Gatersleben

Um in Triebe, Blätter und Früchte zu gelangen, müssen Nährstoffe aus dem Boden aufgenommen und durch die Wurzel in andere Pflanzenteile transportiert werden. Pflanzen stehen hierfür zwei Transportwege zur Verfügung. Der Weg von Zelle zu Zelle (symplastischer Transport) und der Weg durch Zellzwischenräume (apoplastischer Transport). Forschende vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben haben herausgefunden, welcher der beiden Wege unter welchen Bedingungen der bessere ist. Bei ausreichender Nährstoffversorgung, ist der Weg über die Zellzwischenräume der effizientere. Dadurch werden Spross und Blätter schneller mit Nährstoffen versorgt, berichtet das Team um Prof. Dr. Nicolaus von Wirén im Fachjournal PLOS Biology.
Quelle: IPK (pdf)

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Tropische Bäume in den Anden weichen dem Klimawandel aus

Artenreicher tropischer Bergregenwald im Reserva San Francisco Ecuadors auf 2000 Meter Höhe. Foto: Jürgen Homeier, Uni Göttingen

Tropische und subtropische Wälder in den südamerikanischen Anden reagieren auf die Erderwärmung. Sie „wandern“ in höher gelegene, kühlere Gebiete aus. Das Problem sei aber, dass diese tropischen Bäume dann in höheren, kühleren Lagen auf andere ökologische Hindernisse stoßen, die ihr Überleben behindern, weshalb Biodiversitätsverluste eintreten dürften. Dazu hatten die Forschenden Untersuchungsflächen in Höhen von 300 bis 3000 Metern über dem Meeresspiegel in der Größe von Fußballfeldern untersucht. Das Ergebnis: Die Zahl wärmeliebender Arten nimmt zu, während die Zahl kälteliebender Arten abnimmt. Die sogenannte „Thermophilisierung“ bedeutet, so die Autoren, dass jene Arten, welche Kälte bevorzugen, verdrängt werden oder gar aussterben, während die wärmetoleranten Arten deren Plätze einnehmen. Die Ergebnisse haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter Beteiligung der Universität Göttingen in der Fachzeitschrift Nature publiziert.
Quelle: Uni Göttingen

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Warum Einkorn besser für Menschen mit Weizenunverträglichkeit sein könnte

Einkorn auf einem Feld. Foto: Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie and der TUM

Moderne, aber auch ursprüngliche Weizenarten wie Einkorn, Emmer und Dinkel enthalten natürlicherweise eine Gruppe von Eiweißmolekülen, die im Verdacht steht, Symptome einer Weizenunverträglichkeit auszulösen. Eine neue Studie des Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie (Leibniz-lsb) an der TU München zeigt erstmals im direkten Vergleich, dass Einkorn im Gegensatz zu Brotweizen, Hartweizen, Dinkel und Emmer keine oder deutlich geringere Mengen dieser Eiweiße enthält. Die Forschenden veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Journal of Agricultural and Food Chemistry.
Quelle: Leibniz-lsb.de

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Vielfalt der Gersten-Sorten molekular charakterisiert

Illustrierte Vielfalt unterschiedlicher Gerste Muster. Grafik: IPK Gatersleben

Biodiversität ist auch die genetische Vielfalt innerhalb einer Art. Diese zeigt sich bei Kulturpflanzen in der Vielfalt der Sorten. Ein internationales Forschungskonsortium unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK Gatersleben) hat nun gemeinsam mit anderen Institutionen, wie das Deutsche Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), eine der weltweit umfassendsten Sammlungen von Gersten-Sorten molekular charakterisiert - insgesamt mehr als 22.000 Saatgutmuster. Im Fachmagazin Nature Genetics beschreiben die Forschenden den Beginn eines neuen Zeitalters für Genbanken, die sich von reinen Sammlungen zu bio-digitalen Ressourcen-Zentren entwickeln.
Quelle: IPK (pdf)

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Algenenzym: Welchen Weg Protonen nehmen

Wie genau bestimmte Algenenzyme Wasserstoff produzieren, war bisher Gegenstand von Spekulationen. Forschende der Ruhr-Universität Bochum (RUB) ist es gemeinsam mit Kollegen der FU Berlin erstmals gelungen, den Weg der Protonen bis ins aktive Zentrum dieser [FeFe]-Hydrogenasen exakt nachzuvollziehen. Ihre Ergebnisse, die sie in der Zeitschrift Nature Communications publizierten, könnten es ermöglichen, die effizienten, aber anfällige Biokatalysatoren chemisch stabiler nachzubauen.
Quelle: RUB

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Epigenetische Veränderungen in Arabidopsis vererbt

Foto: Selektionsexperimente mit Arabidopsis zeigen, dass auch epigenetische Veränderungen selektioniert und vererbt werden können. Foto: uzh

Durch epigenetische Veränderungen entstehen neue Eigenschaften, ohne dass die Gensequenz verändert wird. Pflanzen können sich so rasch an Umweltveränderungen anpassen. Pflanzenbiologen der Universität Zürich belegen nun, dass auch epigenetische Variation bei der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) selektioniert und vererbt werden kann. Zudem zeigt das Team von Ueli Grossniklaus vom Institut für Pflanzen- und Mikrobiologie in der Fachzeitschrift Nature Communications, dass neu selektierte Eigenschaften - wichtig für eine möglichst gute Samenverbreitung - für mindestens zwei bis drei Generationen auch ohne Selektion stabil vererbt werden. "Epigenetische Variation trägt somit ohne Mutationen im Genom dazu bei, dass sich Pflanzen rasch an neue Umweltbedingungen anpassen können", erklärt Grossniklaus. Dies könnte die Möglichkeiten in der Zucht von Kulturpflanzen erweitern.
Quelle: Uni Zürich

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Neuer Transkriptions-Regulator steuert Entwicklung

Während normale Samen (WT = Wildtyp, links) in der Samenruhe verharren, zeigt sich in den Samen ohne ET-Funktion (et2-3, rechts) eine verfrühte Keimung, zum Teil noch in der Schote. Foto: Dr. Bui Thi Mai Huong, IPK

Einen bislang unbekannten Regulationsfaktor, den „Effektor der Transkription (ET)" hat ein Forscherteam vorgestellt. Eine genomweite Analyse der DNA Methylierung zeigte, dass ET an der Verteilung eines wichtigen epigenetischen Markers beteiligt ist. Die Pflanzen wiesen veränderte Methylierungsmuster auf. Diese führten zu homöotischen Veränderungen, wie die Entwicklung eines zusätzlichen Blütenblattes oder zu Veränderungen in der frühen Pflanzenentwicklung. So begannen die Pflanzen viel zu früh, zum Teil schon in der Samenschale zu Keimen. ET kann an die DNA binden und Markierungen auf der DNA entfernen. Die Studie in der Fachzeitschrift New Phytologist eröffnet - laut den Forschenden vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) - die Entwicklung von Pflanzen, die auf eine größere Bandbreite von variablen Umweltbedingungen reagieren können.
Quelle: IPK (pdf)

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Kleine Unterschiede im Erbgut machen Pflanzen teamfähiger

Genregion verbessert Teamfähigkeit: Systematische Kreuzungen von Ackerschmalwand-Sorten im Gewächshaus der Uni. Foto: Uni Zürich

Artenreiche Gemeinschaften von Tieren und Pflanzen funktionieren in der Regel besser als Monokulturen. Doch die Mechanismen, die dafür verantwortlich sind, waren bis heute rätselhaft. Biologen vom Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften der Uni Zürich identifizierten nun genetische Ursache solcher Effekte. Dazu kombinierten die beiden Forscher moderne genetische Analysen und ökologische Methoden bei der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) miteinander. Wie sie herausfanden, reichten bereits einzelne kleinste genetische Unterschiede aus, um die Pflanzen zu effizienten gemischten Teams zu machen, wie die Forschenden im Fachmagazin Nature Ecology & Evolution berichten. "Es hat uns sehr überrascht, dass solche komplexen und bisher schlecht verstandenen Eigenschaften von Pflanzen wie deren Teamfähigkeit eine solch einfache genetische Grundlage haben", sagt Samuel Wüst. Er glaubt, dass sich mit Hilfe dieser Methode in Zukunft gezielt Nutzpflanzen züchten lassen, die gute Teamplayer sind und so bessere Erträge liefern.
Quelle: Uni Zürich

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Abkürzung im globalen Schwefelkreislauf

Professor Georg Pohnert entdeckte mit seinem Team eine neue, von Algen produzierte schwefelhaltige chemische Verbindung. Foto: Jan-Peter Kasper, FSU

Forschende haben gemeinsam mit US-Aerikanern in dem schon lange bekannten Schwefel-Kreislauf eine unerwartete Abkürzung entdeckt: Bestimmte einzellige Algen und Bakterien, die als Teil des Planktons im Meer existieren, produzieren eine bislang unbekannte chemische Verbindung namens Dimethylsulfoxoniumpropionat, kurz DMSOP. Daraus konnten sie Informationen über den globalen Schwefelkreislauf ableiten und enorme Mengen im Schwefelfluss neu erklären. Auch wenn jede Mikroalge für sich nur winzige Mengen dieser Verbindung produziert, summiert sich die Menge auf mehrere Teragramm, also mehrere Milliarden Kilogramm pro Jahr. Mit den Befunden der Jenaer Chemiker lässt sich somit der Schwefelkreislauf der Erde besser nachvollziehen, was wichtige Erkenntnisse für Atmosphären- und Klimamodelle liefert. Über ihre Entdeckung berichten das Team um Prof. Dr. Georg Pohnert von der Friedrich-Schiller-Universität (FSU) Jena in der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins Nature (DOI: 10.1038/s41586-018-0675-0).
Quelle: FSU

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Dürretolerante Pflanze verhält sich ähnlich wie Samen

Lindernia brevidens (oben) und die verwandte L. subracemosa (unten) reagieren sehr unterschiedlich auf Wassermangel. Während L. subracemosa bereits nach einer Woche so gut wie tot ist und sich auch nach anschließender Bewässerung nicht mehr erholt, übersteht L. brevidens auch zwei Wochen Dürre vergleichsweise gut. Unbehandelt, dehydriert (7 Tage), dehydriert (14 Tage) und rehydriert (2 Tage, von links). Foto und © für beide: Xiaomin Song, Uni Bonn

Forschende haben das Genom zweier Pflanzen entschlüsselt, die Dürreperioden unterschiedlich gut vertragen. Dabei sind sie auf einige charakteristische Unterschiede gestoßen, die vermutlich mit der Trockentoleranz zusammen hängen. Die beiden Pflanzen gehören der Gattung Lindernia an reagieren aber sehr unterschiedlich auf Wassermangel: Während Lindernia brevidens Trockenphasen problemlos übersteht, ist Lindernia subracemosa diesbezüglich weitaus empfindlicher. Wie die Forschenden herausfaden, schaltet die dürretolerante Art in ein ähnliches genetisches Programm um, wie es in Samen aktiv ist. Es ist das erste Mal, dass ein solcher Vergleich bei nahe verwandten höheren Pflanzen durchgeführt wurde. Die Ergebnisse der Forschenden der Uni Bonn, die sie gemeinsam mit US-Kollegen erarbeiteten, sind in der Fachzeitschrift The Plant Cell (https://doi.org/10.1105/tpc.18.00517) erschienen.
Quelle: Uni Bonn

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Große Zellen für kleine Blätter

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines jungen Blattes einer unveränderten (links) und einer mutierten Variante des Gartenschaumkrauts (rechts). Aufnahme und ©: Peter Huijser, MPI

Forschende haben ein Protein zur Steuerung von Blattwachstum und -form identifiziert. Im Herbst stechen nicht nur die Farben, sondern auch die verschiedenen Größen und Formen von Blättern ins Auge. Aber was lässt die Blätter verschiedener Pflanzen so unterschiedlich werden? Forschende vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln haben nun im Fachjournal Genes and Development beschrieben, wie ein Protein namens LMI1 unterschiedliche Blattformen hervorbringen kann.
Quelle: MPI

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Genetische Basis für Wasserlinsen als neue Kulturpflanze

Die Wasserlinse S. polyrhiza auf Nährmedium (links), Seitenansicht (mitte), und miotische Chromosomen, von denen sechs Paare durch chromosomenspezifische Sonden markiert sind (rechts). Foto: Phuong Thi Nhu Hoang, IPK

Mit Hilfe unterschiedlicher Ansätze der Genomsequenzierung erstellten Forschende zwei Genomkarten für die Wasserlinsenart Spirodela polyrhiza. Jedoch differierten diese Karten stark. Eine von einem deutsch/amerikanischen Forscherteam unter Beteiligung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben im Fachjournal The Plant Journal veröffentlichte und überarbeitete Genomkarte schafft nun eine verlässliche Grundlage für zukünftige Forschungskonzepte der kleinsten Blütenpflanzen mit großem Nutzpflanzen-Potenzial.
Quelle: IPK (pdf)

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Rhodiola-Wirkstoff verbessert Gedächtnisleistung im Alter

In einer immer älter werdenden Gesellschaft leiden auch immer mehr Menschen an Gedächtnisstörungen. Bisher gibt es keine Medikamente, um dem altersbedingten kognitiven Abbau vorzubeugen oder dem dauerhaften Gedächtnisverlust wirksam entgegenzusteuern. Eine Studie belegt in Tierexperimenten nun erstmalig eine Gedächtnis-fördernde Wirkung eines pflanzlichen Esters als aktiver Wirkstoff aus der Medizinalpflanze Rosenwurz (Rhodiola rosea). Das haben Forschende der beiden Leibniz-Institute für Neurobiologie (LIN) und für Pflanzenbiochemie (IPB) in der Fachzeitschrift Science Advances dargelegt.
Quelle: Leibniz-Institute für Neurobiologie (pdf)

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Ein Lebermoos könnte Hanf in der Medizin schlagen

Untersuchtes Lebermoos der Radula-Gruppe. Foto und ©: Stefan Fischer ETH Zürich

Erstmals haben Forschende eine dem THC (Tetrahydrocannabinol) ähnliche Substanz aus Lebermoos molekular und pharmakologisch untersucht. Die psychoaktive Substanz, die als legale Rauschdroge ("Legal High") konsumiert wird, hat auch eine schmerzstillende und entzündungshemmende Wirkung, die derjenigen von THC überlegen ist. Das berichten Berner Forschende gemeinsam mit KollegInnen der ETH Zürich im Fachmmagazin Science Advances.
Quelle: ETH Zürich

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Gerste: Mehr Nährstoffe und Widerstandskraft durch größeres Wurzelsystem

Das Wurzelgeflecht der Wildtyp-Gerste (links) ist nicht so dicht wie das der transgenen Linien (rechts). Foto und ©: Eswarayya Ramireddy und Thomas Schmülling, FU Berlin

Forschenden vom Dahlem Centre of Plant Sciences der FU Berlin ist es gelungen, das Wurzelwachstum von Gerstenpflanzen gezielt so zu verändern, dass die Pflanzen toleranter gegen Trockenstress werden und mehr Nährstoffe im Spross und in den Körnern enthalten. Dazu hat das Team um Professor Thomas Schmülling und Eswarayya Ramireddy einen neuen Weg beschritten: Sie reduzierten den Gehalt des Pflanzenhormons Cytokinin in der Wurzel von Gerstenpflanzen. Cytokinin hemmt das Wurzelwachstum; die Pflanzen mit einem geringeren Cytokiningehalt bildeten daher ein größeres Wurzelsystem aus und reagierten dann weniger empfindlich auf Wassermangel (Trockenstress). Außerdem fanden die Wissenschaftler einen um bis zu 44% erhöhten Gehalt an Zink in den Samen, dies könnte eines der großen Mangelernährungsprobleme lösen. Die verbesserte Aufnahme von Nährstoffen aus dem Boden, könnte auch helfen, Dünger einzusparen, schließen die Forschenden aus ihren im PLANT 2030 Projekt ROOT erzielten Ergebnissen, die sie im Fachjournal Plant Physiology veröffentlichten. Das Portal Pflanzenforschung stellt die Studie vor.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Wie Pflanzen ihren grünen Farbstoff Chlorophyll binden

Vier Wasserlösliche Chlorophyllproteine (hellbraun) bilden gemeinsam einen Hohlraum und binden darin vier Chlorophylle (grün). Darstellung und ©: Alessandro Agostini

Wie Pflanzenproteine die beiden Chlorophylle (a und b) mit ihren kleinen Strukturunterschieden erkennen und selektiv binden können, das war bisher weitgehend unklar. Forschende der Uni Mainz (JGU) sind zusammen mit japanischen Kollegen der Lösung dieses Rätsels ein Stück näher gekommen. Das Team um Prof. Dr. Harald Paulsen verwendete das sogenannte Wasserlösliche Chlorophyllprotein aus Blumenkohl und aus Virginischer Kresse als Modellprotein. Dieses Protein besitzt nur eine einzige Chlorophyll-Bindestelle pro Proteinmolekül und kann beide Varianten des Farbstoffs binden. Durch Variation der Aminosäuren in der Chlorophyll-Bindestelle änderte sich die Präferenz des Proteins für eine der beiden Farbstoff-Varianten. Im Extremfall machte der Austausch einer einzigen Aminosäure aus einem Chlorophyll-b- ein Chlorophyll-a-bindendes Protein; dabei änderten sich die relativen Bindestärken 40-fach, berichten sie im Fachmagazin Nature Plants. „Das erklärt noch nicht alles zur Spezifität für Chlorophyll a oder Chlorophyll b im Photosynthese-Apparat“, erklärt Paulsen. „Aber unsere Ergebnisse liefern wertvolle Hypothesen, die sich jetzt an Photosynthese-Proteinen testen lassen. Auf längere Sicht können diese Ergebnisse dazu beitragen, die Lichtsammlung in der Solartechnik zu verbessern.“
Quelle: JGU

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Pflanzenhormon Strigolacton ebenet Weg zu Space Farming

Wie lassen sich auf dem Mond oder auf anderen Planeten Nutzpflanzen wie Kartoffeln anpflanzen, wenn die Böden dort nährstoffarm sind und Schwerelosigkeit herrscht? Indem man das Pflanzenhormon Strigolacton nutzt, schlagen Forschende der Universität Zürich vor. Denn dieses Hormon fördert die Symbiose zwischen Pilzen und feinen Wurzeln und unterstützt so das Pflanzenwachstum – selbst unter erschwerten Bedingungen im All, wie sie im Fachmagazin Nature Microgravity zeigen.
Quelle: Uni Zürich

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Pflanzen stoßen das Treibhausgas Lachgas in klimarelevanten Mengen aus

Die untersuchten, sterilen Tabakpflanzen in der Klimakammer. Foto: Steffen Greiner, Uni Heidelberg, COS

Lachgas ist ein Treibhausgas, das Ozonschicht und Erdklima beeinflusst. Bislang haben Experten angenommen, dass dieses Gas mit der chemischen Formel N2O für Distickstoffmonoxid vorwiegend durch Mikroben im Boden gebildet wird. Um den N2O-Ausstoß von Pflanzen zu ermitteln, haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler 34 verschiedene Pflanzen unter kontrollierten, geschlossenen Laborbedingungen untersucht. Dazu gehörten zum Beispiel Tabak, Mais oder Lavendel. Um eine Verunreinigung mit bakteriell erzeugtem Lachgas zu vermeiden, wurden die Experimente zum Teil unter sterilen Bedingungen durchgeführt. Das Ergebnis der Studie des interdisziplinären Forscherteams der TH Bingen und der Uni Heidelberg: Die Flora der Erde setzt Lachgas in klimarelevanten Mengen frei und trägt so zum Treibhauseffekt bei. Im Gegensatz zu der vom Menschen verursachten Klimaerwärmung ist dieser Prozess jedoch Teil eines natürlichen Effekts, bewerten die Forschenden ihre Ergebnisse im Fachjournal New Phytologist.
Quelle: Uni Heidelberg

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Entscheidungsfindung bei einzelligen Algen: Sex oder Essen?

Die einzelligen Kieselalgen sammeln sich um ein Silikat-angereichertes Teilchen. Foto: Karen Grace Bondoc, FSU Jena

Einzellige Kieselalgen sind in der Lage, ihr Verhalten auf verschiedene äußere Reize auszurichten und dabei eigene Bedürfnisse abzuwägen. Dies fanden Forschende der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU) und des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie (ICE) zusammen mit Partnern aus Belgien heraus. Die Algen sind zur Vermehrung auf Nährstoffe angewiesen, brauchen aber auch Paarungspartner. Diese finden sie indem sie Pheromonspuren folgen. Je nach Sättigung mit Nährstoffen oder der Notwendigkeit, sich sexuell zu vereinigen, lässt sich die Kieselalge Seminavis robusta entweder von Nährstoffen oder Sexualpheromonen anlocken und zeigt damit tatsächlich eine primitive Verhaltensbiologie, wie die Forschenden im Fachmagazin The ISME Journal zeigen.
Quelle: ICE

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Akelei: Blütenpracht durch genetische Anpassung

Die 11 Akelei-Arten, deren Genome die Forschenden sequenzierten und miteinander verglichen. GMI

Die Sequenzierung der Genome von elf verschiedenen Akeleien lässt tief in Evolution blicken. Die genetische Verwandtschaft war bei den elf Pflanzen trotz großer geografischer Entfernung sehr hoch, berichten die Forschenden im Fachmagazin eLife. Was die Pflanzenforscher unter der Führung von Daniele Filiault aus dem Labor von Magnus Nordborg des Gregor Mendel Instituts (GMI) für Molekulare Pflanzenbiologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften jedoch erstaunte, war die Tatsache, dass sich eines der sieben Akelei-Chromosomen völlig anders entwickelt hat als der Rest. Zusammengefasst stellt diese Arbeit den Forschern Instrumente zur Verfügung um zu verstehen, wie die adaptive Radiation diese unglaubliche Blütenvielfalt bei der Akelei hervorgebracht hat.
Quelle: GMI

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Dürre und Hitzeanfälligkeit bei Mais und Weizen

Mit dem Klimawandel werden Extremwetter häufiger, die Hitze oder Dürre verursachen, unter denen die Pflanzen leiden. Foto: Wilfried Mirschel, ZALF

Wer Nutzpflanzen züchtet muss wissen, ob sie anfälliger für Hitze oder Dürre sind. Denn deren Schutzmechanismen gegen Trockenstress können sich stark von denen gegen Überhitzung unterscheiden und sich sogar gegenseitig ausschließen. Dr. Heidi Webber vom Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) hat nun mit einem internationalen Team untersucht, ob sich beobachtete Ertragsausfälle von Körnermais und Winterweizen zwischen 1984 und 2009 durch Hitze bzw. Dürre erklären lassen. Die daraus gewonnenen mathematischen Modelle wendeten sie dann für eine Prognose bis 2055 an. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Erträge von Körnermais zurückgehen werden, während die von Winterweizen steigen, was angesichts steigender Mengen von CO2 erwartet wurde. Es wurde angenommen, dass ein Anstieg von CO2 Mais dürreresistenter werden lässt. Die im Fachmagazin Nature Communications erschienene Studie deutet jedoch darauf hin, dass in extrem trockenen Jahren erhöhtes CO2 keinen Nutzen bei Dürreausfällen bringen wird. Eine Anpassung an den Klimawandel, sei es durch Züchtung, zunehmende Bewässerung, Umstellung auf neue Kulturen oder Versicherung gegen Verluste, ist daher von entscheidender Bedeutung. Die Erkenntnis, dass Dürre das größte Risiko für Ackerkulturen darstellt, kann Landwirten und politischen Entscheidungsträgern bei der Auswahl der Optionen helfen. Hier sieht Webber den besonderen Mehrwert der neuen Erkenntnisse.
Quelle: ZALF

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Gene für Blütenfarbe im Löwenmäulchen identifiziert

Löwenmäulchen. Foto: David Field

In die Pyrenäen blühen Löwenmäulchen der Art Antirrhinum majus teils magentafarben, teils gelb. Zwischen den Farbräumen gibt es einen Streifen mit gemischten Blühfarben. Warum es dort die seltenen Hybrid-Zonen gibt, und sich die Farbmuster langfristig nicht mischen, haben Forschende vom Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) im Fachjournal PNAS dargelegt. In DNA-Sequenzierungsdaten fanden sie die Gene, die für den Farbunterschied zwischen den Blüten verantwortlich sind. Die Farbfelder bleiben erhalten, weil Bienen es vorziehen, die häufigste Blütenfarbe zu bestäuben. Diese Auswahl zugunsten der häufigsten Blütenfarbe führt zu einer scharfen Trennung der Farb-Populationen und verhindert den Austausch von Genen, die sich in der Nähe der Blütenfarbe-Gene befinden.
Quelle: IST Austria

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Wurzelextrakt lässt Würmer länger leben

Ein Wurzelextrakt des Vielblütigen Knöterichs (Polygonum multiflorum) lässt den Fadenwurm C. elegans länger leben und schützt ihn vor oxidativem Stress. Das zeigen Forschende der Ernährungswissenschaften in der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Sie liefern damit wissenschaftliche Belege für die Wirksamkeit dieses Extraktes, der vor allem in der traditionellen chinesischen Medizin und als Nahrungsergänzungsmittel verwendet wird. Gleichzeitig beschreiben sie erstmals die molekularen Signalwege, die der Wirkung des Extraktes zu Grunde liegen könnten. Ihre Studie erschien in der Fachzeitschrift Plants.
Quelle: MLU

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Artenreiche Wälder speichern doppelt so viel Kohlenstoff wie Monokulturen

Die Untersuchungsflächen des Experiments BEF-China liegen in einem Berggebiet 400 Kilometer westlich von Shanghai. Foto: UZH

Artenreiche subtropische Wälder können doppelt so viel Kohlenstoff aufnehmen wie Monokulturen. Dies berichtet ein internationales Forscherteam im Fachjournal Science (DOI: 10.1126/science.aat6405). Die Studie wurde im Rahmen eines einmaligen Feldexperiments durchgeführt, das unter Federführung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Chinese Academy of Sciences betrieben wird. Es besteht aus eigens angelegten Wäldern in China mit insgesamt über 150.000 Bäumen. Die vor rund zehn Jahren angepflanzten Wälder unterscheiden sich in der Anzahl ihrer Baumarten. Die gewonnenen Ergebnisse sprechen aus Sicht der Forschenden dafür, bei Wiederaufforstungen viele verschiedene Baumarten zu verwenden. Damit könne sowohl Arten- als auch Klimaschutz betrieben werden.
Quelle: iDiv

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Kombinierbar wie Legosteine – Gen-Baukasten für Grünalgen

Die Grafik zeigt, wie der Baukasten funktioniert. Die einzelnen Gen-Bausteine lassen sich wie Legos kombinieren. Foto und Grafik: Schroda

Im Erbgut der Zellen geht es ähnlich zu wie in Fabriken: Gene steuern und regulieren die Protein-Produktion. In der Industrie ist dabei oft ein Baukasten-Prinzip sinnvoll, bei dem sich Fertigungsstraßen austauschen lassen, wenn ein anderes Produkt hergestellt werden soll. Auch Forscher arbeiten daran, Gen-Bausteine wie Legosteine unterschiedlich zu kombinieren. Einen solchen Bausatz mit 119 Gen-Funktionseinheiten für die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii hat nun ein internationales Forscherteam mit Kaiserslauterer Biologinnen und Biologen erstellt. So lassen sich aus den Algen Minifabriken bauen, die etwa Farbpigmente oder medizinische Wirkstoffe herstellen. Das Besondere an der Studie: Bei der Alge handelt es sich um einen höheren Organismus (Eukaryonten). Bislang gab es solche Baukästen eher für einfachere Organismen wie Bakterien. Die Studie ist in der Fachzeitschrift ACS Synthetic Biology erschienen.
Quelle: TU Kaiserslautern

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Wie „Samentaxis“ Primaten anlocken

Die zu den Lemuren zählenden Rotbauchmakis sind ausschließlich auf Madagaskar heimisch. Foto: N. Rowe, Centre ValBio

Auf Madagaskar locken Pflanzen Lemuren als Samenausbreiter mit duftenden Früchten. Dabei unterscheidet sich der Duft reifer und unreifer Früchte erheblich, was den geruchsorientierten Primaten die Nahrungssuche erleichtert. Eher visuell ausgerichtete Samenverbreiter wie Vögel bleiben von dem Geruch der reifen Früchte dagegen unbeeindruckt. Das haben Ulmer Biologinnen und Biologen nun in der Fachzeitschrift Science Advances dargelegt. Sie folgern, dass sich dieses Beispiel der Ko-Evolution von Pflanzen und ihren bevorzugten "Samentaxis", den Lemuren, womöglich auf andere Systeme übertragen lässt.
Quelle: Uni Ulm

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Pflanzen wachsen immer früher und binden weniger anstatt mehr CO2

Satellitenbeobachtungen zeigen, dass warme Frühjahre zu mehr Produktivität der Vegetation im Frühling, aber in vielen Regionen zu geringerer Produktivität im Sommer und Herbst führen. Grafik: TU Wien

Der Wachstumsschub im Frühling beginnt bei Pflanzen immer früher, ergaben Satelliten- und Feldmessungen in Kombination mit Modellierungen. Doch anders als gedacht wird dadurch deutlich weniger CO2 von den Pflanzen aufgenommen. Bislang dachte man, dass dieses Phänomen den Klimawandel ehr verlangsamt, weil bei der Photosynthese mehr Kohlenstoff aus der Atmosphäre gebunden und mehr Biomasse produziert würde. Wie nun mit Hilfe der Satellitendatenauswertungen der TU Wien gezeigt werden konnte, trifft das aber nicht zu. Im Gegenteil: In vielen Gegenden der 41 Millionen Quadratmeter großen Untersuchungsfläche in nördlichen Ökosystemen führt ein warmer und vorverlegter Frühling sogar zu einem geringeren Pflanzenwachstum. Ihre Ergebnisse publizierten die Forschenden im Fachmagazin Nature (DOI: 10.1038/s41586-018-0555-7) gemeinsam mit Forschenden der Uni Augsburg, anderen Teilen Deutschlands sowie aus den USA, Japan, der Schweiz, Großbritannien, Australien, China und  Frankreich.
Quelle: TU Wien

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Neue Tomate durch Genom-Editierung erschaffen

Die neue Zuchttomate (rechts) hat verschiedene Domestikations-Merkmale, die sie von der Wildpflanze (links) unterscheiden. Foto: Agustin Zsögön, Nature Biotechnology

Forschende aus Brasilien, den USA und Deutschland haben erstmals mit dem modernen Verfahren der Genom-Editierung aus einer Wildpflanze – dem Vorfahren unserer heutigen Tomate – innerhalb nur einer Generation eine neue Kulturpflanze geschaffen. Mit der Genschere CRISPR-Cas9 haben sie kleine genetische Veränderungen an sechs Genen eingeführt, sodass die Tochterpflanzen gleichzeitig verschiedene Nutzpflanzen-Merkmale aufweisen, ohne dass die wertvollen genetischen Eigenschaften der Wildpflanze verloren gingen. Ihre Ergebnisse, an denen auch ein Team um Prof. Dr. Jörg Kudla vom Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) beteiligt war, sind in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Nature Biotechnology veröffentlicht (Advance Online Publication, DOI: 10.1038/nbt.4272). Gleichzeitig ist der Gehalt an Lycopin in der neuen Tomate mehr als doppelt so hoch wie bei der wilden Ausgangsart und sogar mehr als fünfmal so hoch wie bei konventionellen Cocktailtomaten. „Das ist eine ganz entscheidende Neuerung, die man mit den konventionellen Kulturtomaten durch Zucht nicht erzielen kann. Lycopin kann helfen, Krebserkrankungen und Herz-Kreislauferkrankungen vorzubeugen", sagt Kudla.
Quelle: WWU

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News · Forschungsergebnis

Wie Blätter mit den Wurzeln sprechen

Wie Spross und Wurzel bei der Symbiose von Pflanzen mit Stickstoff fixierenden Bakterien miteinander kommunizieren hat ein internationales Team unter der Leitung von Dr. Katharina Markmann vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen der Universität Tübingen im August Fachjournal Science geschildert. Damit die Bakterien in der Symbiose nicht überhand nehmen und die Pflanze schädigen, muss diese ihre Mitbewohner streng kontrollieren. Wie das Team heraufand, senden die Blätter eine kurze RNA-Sequenz, Mikro-RNA miR2111 genannt, an die Wurzeln. Die neu entdeckte Mikro-RNA miR2111 hält in den Wurzeln die symbiotische Infektion aufrecht. Die neuen Erkenntnisse hätten die bisherige Auffassung, wie die Pflanzen die Symbiose kontrollieren, auf den Kopf gestellt, berichtet Markmann: „Wir wissen nun, dass die Mechanismen zur Regulation der Infektion schon an Ort und Stelle sind, bevor die Pflanze mit den Bakterien überhaupt in Kontakt kommt.“ Die neuen Erkenntnisse zur Stickstoffbindung sind auch für die Landwirtschaft interessant, da viele Böden einen Stickstoffmangel aufweisen und stickstoffhaltige Düngemittel teuer und umweltschädlich sind. Das berichtet die Uni Tübingen beim Informatioinsdienst Wissenschaft (idw).
Quelle: idw

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Stressreaktion und flüchtige Substanzen in Echtzeit gemessen

Klimakammer an der Universität Freiburg. Foto: Klaus Polkowski

Mit einer neuen Methodenkombination haben Forschende in Echtzeit den Weg einzelner Atome und die Geschwindigkeit des Einbaus in flüchtige organische Verbindungen (BVOC) oder Kohlendioxid verfolgt. Dazu haben sie die Stoffwechselwege der mediterranen Pflanze Halimium halimifolium analysiert, bekannt als Gelbe Zistrose. Sie untersuchten, wie Pflanzen durch die Synthese von flüchtigen Abwehrstoffen auf Klimaextreme reagieren. In zwei Klimakammern war zu bestimmen, wieviel Kohlendioxid in der Photosynthese von den Pflanzen aufgenommen oder abgegeben wird. Außerdem konnte gemessen werden, was die Pflanze zusätzlich an biogenen flüchtigen organischen Elementen in die Luft abgibt, darunter Schutz- und Duftmoleküle. Ihre Ergebnisse stellten die Forschenden der Uni Freiburg um Prof. Dr. Christiane Werner und Lukas Fasbender, deren Arbeit durch den Consolidator Grant des Europäischen Forschungsrates gefördert wurde, im Onlinefachmagazin PLOS One vor. Die Ergebnisse ermöglichen ein besseres Verständnis der Regulationsmechanismen im pflanzlichen Kohlenstoffwechsel und der BVOC-Biosynthese.
Quelle: Uni Freiburg

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Biosolarzelle produziert Wasserstoff

Die Bochumer Projektbeteiligten Marc Nowaczyk (rechts) und Adrian Ruff. Foto und ©: Marquard, RUB

Einem internationalen Forscherteam ist es gelungen, molekulare Bausteine von Pflanzen und Mikroorganismen in einer Biosolarzelle zu kombinieren, sodass sie Lichtenergie ohne Umwege zur Produktion von Wasserstoff nutzen konnten. In der Natur kommt diese Kombination so nicht vor: Pflanzen können zwar Lichtenergie nutzen, um Kohlendioxid in Biomasse zu verwandeln, aber keinen Wasserstoff produzieren. Manche Bakterien hingegen können Wasserstoff produzieren, aber nicht direkt mithilfe von Lichtenergie. Über ihre Biotech-Zelle berichten die beteiligten Forschenden der Ruhr-Universität Bochum (RUB) im Fachmagazin Nature Energy.
Quelle: RUB

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Die Tundra wächst

Die weiße Silberwurz ist zusammen mit Moosen und Flechten eine der häufigsten Pflanzen in der Tundra. Foto und ©: Sabine Rumpf

Niedrige Gräser und Zwergsträucher bestimmen die Vegetation der arktischen Tundra. Doch das könnte sich in Zukunft ändern. Mit der Klimaerwärmung sinken die Selektionsvorteile der bisherigen Strategie dieser Pflanzen, sich an den Boden zu pressen, um die wärmere bodennahe Luftschicht zu nutzen und sich vor kalten Winden zu schützen. Ein internationales Team mit mehr als 120 Forschenden, mit Beteiligung von BiologInnen der Uni Wien, der Uni Greifswald und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), fand nun heraus, dass höherwüchsige Pflanzen in den vergangenen Jahrzehnten in der Tundra signifikant häufiger geworden sind, was sie mit Daten im Fachmagazin Nature belegen.
Quelle: Uni Wien

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Kakao: bislang unbekannte Quelle für Vitamin D2

Eine neue, bislang unbekannte Quelle für Vitamin D2 haben Forschende der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und des Max Rubner-Instituts ausgemacht: Kakao und kakaohaltige Lebensmittel enthalten nennenswerte Mengen des wichtigen Nährstoffs, dessen Mangel brüchige Knochen und ein erhöhtes Risiko für Atemwegserkrankungen verursacht. Den höchsten Vitamin-D2-Gehalt haben laut den Forschenden Kakaobutter und dunkle Schokolade. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie kürzlich in der Fachzeitschrift Food Chemistry.
Quelle: MLU

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Genom-Verdoppelung treibt Evolution von Pflanzen voran

Die Schaumkresse (Arabisodpsis ) entstand aus einer natürlichen Kreuzung von A. halleri und A. lyrata. Foto: Lucas Mohn, UZH

Pflanzen, die aus zwei Arten entstanden sind, haben einen verdoppelten Chromosomensatz. Dies ermöglicht in der neuen Art große genetische Veränderungen und macht sie anpassungsfähiger verglichen mit ihren Eltern. Forschende vom Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften der Universität Zürich (UZH) haben dies nun anhand der natürlich vorkommenden Schaumkresse Arabidopsis kamchatica nachgewiesen und ihre Ergebnisse heute im Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht. Die doppelt oder mehrfach vorhandenen Genkopien erlauben es der Pflanze, vorteilhafte Mutationen zu übernehmen und gleichzeitig eine ursprüngliche Kopie wichtiger Gene beizubehalten. Wie nützlich das doppelte Genom für A. kamchatica ist, zeigt sich an ihrer großen Verbreitung - sowohl bezüglich Breitengraden wie auch Höhenlagen - verglichen mit ihren Elternpflanzen (A. halleri und A. lyrata). Ihr Lebensraum reicht von Taiwan, Japan über Fernost-Russland bis hin nach Alaska und dem pazifischen Nordwesten der USA.
Quelle: UZH

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Einbahnstraße für das Salz

Quinoa speichert Salz in den Blasenhaaren auf ihren Blättern. Foto: Jennifer Böhm, Uni Würzburg

Quinoa hat es als Nahrungsmittel in europäische Supermärkte geschafft. Die robuste Pflanze gedeiht auch auf versalzten Böden. Forschende der Uni Würzburg schildern nun im Fachjournal Current Biology, wie sie das Salz entsorgt.
Quelle: Uni Würzburg

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Plötzlicher Kälteeinbruch vor 12700 Jahren am Mittelmeer

Aus den Baumringen in diesen fossilen Kiefern haben die Forscherinnen und Forscher wertvolle Informationen über den plötzlichen Kälteeinbruch vor rund 12.000 Jahren gewonnen. Foto: Cécile Miramont, Uni Aix-Marseille

Vor knapp 13000 Jahren wurden südfranzösische Kiefern Zeugen eines Kälteeinbruchs, den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler jetzt in enormer Detailliertreue rekonstruiert haben. Die im Fachjournal Scientific Reports publizierten Ergebnisse zeigen, wie rasch das Klima umschlagen kann und was für Folgen so ein abrupter Wandel auf die Vegetation haben kann. Dazu verknüpfte das Team klassische Baumringdickenmessungen mit Analysen der stabilen Isotope von Kohlenstoff und Sauerstoff der Baumjahrringe. Hauptautorin ist Maren Pauly vom Deutschen GeoForschungsZentrum in Potsdam (GFZ), zum Team gehörten Forschende aus der Schweiz, Frankreich, Großbritannien und Berlin.
Quelle: GFZ

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Genregulations-Mechanismus entdeckt

Bei Trockenheit verstärkt das Protein SERRATE in Ackerschmalwand-Pflanzen das Ablesen der Gene, die die Pflanze unter Stress benötigt. Foto: Sascha Laubinger, Uni Oldenburg

Forschende haben einen genetischen Mechanismus gefunden, der es Pflanzen ermöglicht, schnell auf Stress wie Kälte oder Wassermangel zu reagieren. Wie molekulargenetische Experimente mit der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) ergaben, verstärkt das SERRATE genannte Eiweiß die Aktivität derjenigen Gene, die eine Pflanze unter Stress benötigt. Eine Analyse der entsprechenden Daten in Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) deutet darauf hin, dass dieser Mechanismus universell in allen höheren Lebewesen ähnlich ablaufen könnte. Die Ergebnisse publizierte das Forscherteam um den Oldenburger Pflanzengenetiker Professor Sascha Laubinger vom Lehrstuhl Evolutionäre Genetik der Pflanzen im Fachmagazin eLife. Die Ergebnisse der Studie sind interessant, um stressresistente Pflanzensorten zu entwickeln.
Quelle: Uni Oldenburg

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Wann Pflanzen und Mikroorganismen kooperieren oder konkurrieren

Wie Pflanzen und Mikroorganismen zusammenleben bestimmt, wie Dünger wirkt und ob Pflanzen und Mikroorganismen ehr miteinander kooperieren oder um die vorhandenen Nährstoffe konkurrieren. Das hat ein internationales Team mit Beteiligung des Ökologen Andreas Richter vom Department für Mikrobiologie und Ökosystemforschung der Universität Wien herausgefunden. Wie sie in einer Studie im Fachjournal Nature Ecology & Evolution berichten, haben Pflanzen und Mikroorganismen einen sehr unterschiedlichen Bedarf an Nährstoffen: Pflanzen brauchen relativ gesehen mehr Stickstoff, während Mikroorganismen eher Phosphor benötigen. Das erklärt, warum Düngung oft ganz unterschiedliche Auswirkungen auf die Primärproduktion hat.
Quelle: Uni Wien

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Neuer Eisentransporter bei Getreide-assoziierten Bakterien entdeckt

Maispflanzen können den Eisen-Gramibactin-Komplex zur verstärkten Chlorophyllsynthese nutzen (4 dunkle Blätter rechts). Kontrollversuche mit eisenfreiem Siderophor führen zu helleren Blättern (links). Foto: Ron Hermenau, Leibniz-HKI

Ein neu entdecktes Siderophor („Eisenträger“) namens Gramibactin haben Forschende entdeckt. Das Molekül wird von Bakterien gebildet, die im Wurzelbereich von Mais und Weizen leben, bindet schwerlösliches Eisen aus der Umgebung und bringt es in den bakteriellen Stoffwechsel ein. Auch die Getreidepflanzen profitieren davon, da sie das von den Bakterien mobilisierte Eisen aufnehmen und mehr Chlorophyll bilden können. Gramibactin bindet Eisen auf eine aus der Natur bisher nicht bekannte Art. Die im Fachjournal Nature Chemical Biology veröffentlichte Studie des Forscherteams um Christian Hertweck vom Leibnizer - Hans-Knöll-Institut (HKI) in Jena beleuchtet das komplexe Zusammenspiel des Wurzelmikrobioms mit der Wirtspflanze und dessen Bedeutung für die menschliche Ernährung.
Quelle: HKI

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Maniok mit verbesserter Stärke dank CRISPR/Cas9

Maniokfeld in Thailand: In weiten Teilen Südostasiens wird Maniok zur Gewinnung von Stärke für die Industrie angebaut. Foto: Hervé Vanderschuren, ETH Zürich

PflanzenbiotechnologInnen der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) haben Maniok mit Hilfe der Genschere CRISPR/Cas9 genetisch verändert. Die neue Sorte enthält amylosefreie Stärke, welche von der Industrie bevorzugt wird. Sie nutzt sie beispielsweise für die Papierherstellung oder als stärkehaltigen Lebensmittelzusatz. Doch obwohl Maniokpflanzen ziemlich anspruchslos sind und selbst in Trockengebieten überleben, ist es zeitaufwändig, den von Bauern bevorzugten Sorten mittels Kreuzungen neue, nützliche Merkmale anzuzüchten. Mehrere Teams von Forschenden um den ETH-Wissenschaftler Simon Bull haben deshalb die Genschere verwendet, um Maniok mit neuen Eigenschaften auszustatten. Ihre Studie erschien im Fachmagazin Science Advances. Die Pressemitteilung der ETH schildert, wie die Forschenden dabei vorgingen.
Quelle: ETH Zürich

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Verringerung der Stickstoffeinträge verhindert Algenblüten in Seen

Mikroskopische Aufnahme der stickstoff-fixierenden Blaualge Anabaena crassa aus dem Müggelsee. Foto: IGB

Schon lange wird diskutiert, ob ein verringerter Eintrag der Stickstoffverbindungen Nitrat und Ammonium die Gewässergüte nachhaltig verbessert, auch wenn Stickstoff von Blaualgen auch aus der Luft aufgenommen und verstoffwechselt werden kann. Bislang fehlten dazu Langzeitbeobachtungen von Seen, in denen Stickstoff verringert wurde. Nun haben Forschende vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) im Fachjournal Limnology and Oceanography dargelegt, dass eine Reduzierung von Stickstoff im Berliner Müggelsee der Schlüssel zur Vermeidung von Algenblüten im Sommer ist.
Quelle: IGB

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Nahrungsmittel für die Stadt – aus der Stadt

Infographic on major food challenges and global trends. Graph and ©: Fraunhofer IAO

Während die globale Bevölkerung in Städten stetig wächst, schrumpft die ohnehin knappe Anbaufläche für Lebensmittel und Ressourcen. Diese Kluft könnte durch Urban Farming überbrückt werden, indem Nahrung innerhalb der Stadt erzeugt wird. In einer Studie untersucht das Fraunhofer IAO, welches Potenzial Lebensmittel- und Algenproduktion vor Ort für die Stadt birgt. Eine neue Studie des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO), die im Rahmen der Morgenstadt-Initiative durchgeführt wurde, untersuchte bestehende Initiativen und Modellvorhaben innerstädtischer Anbautechnologien für Lebensmittel und Mikroalgen und zeigt Potenziale für Kommunen und Unternehmen auf. IAO bietet einen kostenlosen Download der Studie „Urban Farming“ in englischer Sprache http://publica.fraunhofer.de/documents/N-506944.html
Quelle: IAO

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Wie der Wald mit dem Hitzesommer zurechtkommt

Mit verschiedenen Massnahmen wie dem vorzeitigen Abwerfen der Blätter versuchen Bäume, sich vor extremer Trockenheit zu schützen. Bild: Dr. Urs Weber, Uni Basel, Departement Umweltwissenschaften

Zwischen April und August haben die Schweiz und große Teile Mitteleuropas die regenärmsten Sommermonate seit Messbeginn 1864 erlebt. Besonders der Wald scheint unter der Trockenheit zu leiden: Bereits im August haben die Bäume begonnen, sich braun zu verfärben. Eine Studie deutet nun darauf hin, dass die heimischen Bäume besser als erwartet mit der Trockenheit umgehen können. Das haben Forschende der Universität Basel um Prof. Dr. Ansgar Kahmen auf Basis einer dreijährigen Studie in der Fachzeitschrift Journal of Ecology beschrieben. Eingeschlossen war darin auch das Jahr 2015, welches ebenfalls durch einen extrem heißen und trockenen Sommer gekennzeichnet war. Sie fanden keine Anzeichen dafür, dass der lang anhaltende Porenschluss zu einer Reduktion der Zuckerspeicher im Baum führen würde. Die Forschenden schließen daraus, dass die Bäume durch effizienten Porenschluss und durch ausreichende Zuckerreserven physiologisch erstaunlich gut gerüstet sind, um extreme Trockenheitsereignisse wie den Sommer 2015 zu überleben. Erste Daten aus dem Hitzesommer 2018 bestätigen diese Ergebnisse. Doch für eine Entwarnung ist es noch zu früh.
Quelle: Uni Basel

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News · Forschungsergebnis

Biologische Globalisierung bedroht entlegene Inseln

Blick auf die malerischen Rainbow Falls nahe der Stadt Hilo auf Big Island/Hawaii. Alle Pflanzen in unmittelbarer Umgebung sind nicht-heimisch. Foto und ©: Holger Kreft

Je weiter eine Insel vom Festland entfernt ist, desto weniger heimische Pflanzen- und Tierarten, aber desto mehr vom Menschen eingeschleppte Arten – sogenannte Neobiota – beherbergt sie. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommt ein internationales Forschungsteam um Dietmar Moser, Bernd Lenzner und Franz Essl vom Department für Botanik und Biodiversitätsforschung der Universität Wien in der Fachzeitschrift PNAS. Dazu hatten sie die Anzahl an heimischen und nicht-heimischen Säugetieren, Vögeln, Reptilien, Ameisen und Pflanzen auf 257 tropischen und subtropischen Inseln mit einer Reihe mutmaßlicher Einflussfaktoren verglichen. Die Folgen dieses Sachverhalts für die globale Biodiversität könnten gravierend sein.
Quelle: Uni Wien

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Moleküle der Blätter als Marker für Mykorrhiza-Pilze

Stoffwechselprodukte (blau) aus den oberirdischen Teilen einer Pflanze verraten die erfolgreiche Symbiose mit Wurzelpilzen (pink). Grafik: Ming Wang, MPI für chemische Ökologie in Jena

Bestimmte Stoffwechselprodukte in Blättern können nun als Marker für Wurzelpilze genutzt werden. Das ermöglicht es nun, Pflanzenwurzeln in großer Zahl auf die in ihnen lebenden Mykorrhiza-Pilze zu testen, ohne sie zu zerstören. Bislang mussten Pflanzen dazu auszugraben und ihre Zellen entweder einer molekularen oder mikroskopischen Analyse unterzogen werden. Die neuen Marker und Methoden für die Erkennung auf Mykorrhiza-Besiedlung der Wurzeln haben Forschende um Ian Baldwin vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena gemeinsam mit KollegInnen des Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) und der britischen University of Cambridge nun im Fachjournal eLife beschrieben. Dies könnte die Züchtung effizienterer und stressresistenterer Sorten für eine nachhaltigere Landwirtschaft erheblich erleichtern.
Quelle: MPI f Chemische Ökologie in Jena

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Auch Evolutionsgeschichte der Pflanzen beeinflußt Biomasseproduktion

Untersuchtes Grasland. Foto: Prof. Dr. Holger Kreft, Uni Göttingen

Wie viel Biomasse auf Grasland entsteht, ist für das Ökosystem und das Klima von entscheidender Bedeutung. Neben dem Artenreichtum spielt auch die Evolutionsgeschichte der Pflanzen eine entscheidende Rolle, wenn es darum geht, die jährlichen Schwankungen der Biomasseproduktion vorauszusagen. Das hat ein internationales Forschungsteam herausgefunden für das die Forscherinnen und Forscher die Ergebnisse von 39 Grasland-Experimenten auswerteten. „Auf Grasland mit hohem Artenreichtum und hoher evolutionsgeschichtlicher Vielfalt war die Biomasseproduktion stabiler", sagt Dr. Dylan Craven von der Abteilung Biodiversität, Makroökologie und Biogeographie der Universität Göttingen, Erstautor der Studie. Die Forschenden waren von diesen Ergebnissen überrascht, weil sie erwartet hatten, dass Gemeinschaften, deren Pflanzen vielfältige Wachstumsraten haben, eine stabilere Biomasseproduktion haben würden. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution erschienen.
Quelle: Uni Göttingen

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Trockentolerante Braugerste entwickelt

Privatdozent Dr. Ali Ahmad Naz hat die Studie geleitet. Foto und ©: Said Dadshan, Uni Bonn

Forschende haben eine Gerstenlinie entwickelt, die Dürreperioden sehr viel besser übersteht als herkömmliche Sorten. In aufwändigen Experimenten kreuzten sie dazu Braugerste mit einer wilden Gerstenart aus Israel, die in den trockenen Halbwüsten wächst und bei Bedarf große Mengen der Aminosäure Prolin zu produzieren vermag. Die nun neu entwickelte Kreuzungs-Linie verkraftet Wassermangel sehr viel besser als die Kulturgerste, ohne dass es ansonsten sichtbare Unterschiede gäbe. „Das zeigen zumindest unsere Experimente in den institutseigenen Gewächshäusern“, betont Dr. Ali Ahmad Naz, Privatdozent am Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn. „Wir wollen unsere Pflanze nun Züchtern für weitere Feldversuche zur Verfügung stellen.“ Verlaufen diese erfolgreich, könnten Landwirte von der neu entwickelten Linie erheblich profitieren. Doch auch aus einem anderen Grund ist die neue Sorte erfolgversprechend: „Prolin ist ein wichtiger Ausgangsstoff für Medikamente“, erklärt Naz. „Für die pharmazeutische Industrie dürften unsere Pflanzen daher ebenfalls von Interesse sein.“ Die Studie erscheint im Fachjournal Plant Physiology.
Quelle: Uni Bonn

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Artenreiche Wälder kompensieren die Klimabelastungen besser

Eine der untersuchten Parzellen im subtropischen Südosten Chinas. Foto: Uni Zürich

Um den CO2-Ausstoss zu kompensieren, forstet China auf. Würden statt Monokulturen artenreiche Wälder gepflanzt, könnte zusätzlich viel mehr Kohlenstoff gespeichert werden. Ein Team um Forschende der Universität Zürich zeigt auf, dass artenreiche Baumbestände mehr Kohlendioxyd aus der Atmosphäre aufnehmen und effektiver gegen die Klimaerwärmung sind. Das haben Forschende der Uni Zürich im Fachjournal Proceedings of the Royal Society B beschreiben.
Quelle: Uni Zürich

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Warum sich Bäume Gene "ausborgen"

Westliche Balsampappeln am Ufer eines Flusses in British Columbia, Canada. Foto und ©: Christian Lexer, Uni Wien

Alle Tier- und Pflanzenarten sind auf genetische Vielfalt angewiesen, um sich an lebensbedrohliche Umweltänderungen anpassen zu können. Mutationen alleine wären eine extrem langsame Quelle der überlebenswichtigen "adaptiven" Genvarianten, vor allem bei langlebigen Organismen. Eine Arbeitsgruppe um Christian Lexer von der Universität Wien konnte nun gemeinsam mit kanadischen WissenschafterInnen anhand von Pappelarten nachweisen, dass adaptive Genvarianten auch von Genaustausch mit verwandten Arten stammen können. Die Ergebnisse sind kürzlich in den Fachjournalen Molecular Ecology und Biology Letters erschienen und werden aktuell am zweiten Internationalen Weltkongress für Evolutionsbiologie in Montpellier diskutiert.
Quelle: Uni Wien

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Bedeutung des „Ozeanwetters“ für Ökosysteme

Seetang (Fucus) ohne (links) und unter dem Einfluss einer Hitzewelle in einem kontrollierten Benthokosmen-Experiment. Foto: Martin Wahl, GEOMAR

Der Klimawandel beeinflusst in zunehmendem Maße auch die Ozeane. Temperatur und Meeresspiegel steigen, der Säuregrad des Meerwassers nimmt zu, der Sauerstoffgehalt verringert sich. Diese Prozesse haben auch einen Einfluss auf die marinen Ökosysteme und werden deshalb intensiv untersucht. Eine internationale Gruppe mariner Ökologen, an dem auch das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel beteiligt war, warnt davor, nur den Einfluss dieser langfristigen Änderungen („Ozeanklima“) zu betrachten. Insbesondere rasche Fluktuationen physikalischer, chemischer und biologischer Faktoren haben einen sehr großen Einfluss auf die Lebewelt im Meer. Dieses „Ozeanwetter“ wird extremer, ist aber in bisherigen Studien kaum berücksichtigt, berichten die Forschenden im Fachjournal Nature.  
Quelle: GEOMAR

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Bienen brauchen vielfältige Pflanzenlandschaft

Das Bienensterben aufhalten, ist ein Ziel von Wissenschaftlern. Forschende unter Leitung der Universität Würzburg zeigen im Fachjounal Scientific Reports, dass eine vielfältige Pflanzenlandschaft den Bienen hilft, stabile Populationen aufrecht zu erhalten.
Quelle: Uni Würzburg

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Neue Methode zur Altersbestimmung feiner Baumwurzeln

Jahrringe im Holz feiner Wurzeln einer Birke im Polar-Ural. Diese leiten Wasser und Nährsalze in Richtung Baumkrone und speichern Zucker sowie Stärke. Bild: Eidg. Forschungsanstalt WSL

Forschende der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) haben eine neue Methode entdeckt, um das Alter und Wachstum feinster Baumwurzeln zu bestimmen. Die Ergebnisse einer kürzlich in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlichten Studie zeigen, dass dünne Baumwurzeln deutlich weniger alt werden als bislang angenommen. Sie werden nämlich nur wenige Jahre und nicht etwa zehn Jahre alt.
Quelle: WSL

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Wie Maispflanzen sich ihr eigenes Verderben bereiten

Eine Larve des Maiswurzelbohrers nagt an der nährstoffreichen Kronwurzel einer Maispflanze. Foto: Cyril Hertz

Im Kampf um Eisen entscheidet sich das Schicksal von Wirtspflanze und Schädling: Maispflanzen scheiden Stoffe in den Boden aus, die Eisen binden und so das Wachstum der Pflanzen steigern. Der Maiswurzelbohrer, der weltweit schlimmste Maisschädling, wird durch diese Stoffe angelockt, raubt der Pflanze das Eisen und optimiert damit seine eigene Ernährung. Mit dieser Erkenntnis liefern Forschende der Universität Bern und des Max-Planck-Instituts für Chemische Ökologie in Jena eine neue Erklärung für den ausserordentlichen Erfolg dieses Schädlings. Ihre Studie erschien im Fachmagazin Science. Die Uni Bern hat dazu ein englisches Video mit deutschen Untertiteln erstellt, das die Ergebnisse veranschaulicht: https://youtu.be/dIOr5YlRqyE.
Quelle: Uni Bern

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Weizen hat ein fünfmal umfangreicheres Erbgut als der Mensch

Gemeinsam mit internationalen Partnern haben Forschende der Universität Zürich erstmals das gesamte Erbgut des Brotweizens entschlüsseln. Das Erbgut des Weizens besteht aus über 15 Milliarden Basenpaaren und ist somit etwa fünfmal umfangreicher als das menschliche Erbgut. Das Weizen-Genom ist in 21 Chromosomen unterteilt und besitzt einen dreifachen Chromosomensatz - insgesamt sind dies fast 100'000 Gene. Das Erbgut wird entschlüsselt, indem die Abfolge der Basenpaare in den Chromosomen sequenziert wird. "Die Entschlüsselung des Weizengenoms ist ein wissenschaftlicher und technologischer Meilenstein. Noch nie zuvor ist ein solch grosses Genom in so hoher Qualität sequenziert worden", sagt Prof. Beat Keller vom Institut für Pflanzen- und Mikrobiologie der Universität Zürich und Koordinator innerhalb des Konsortiums. Mit diesem Wissen kann nun effizienter gegen Schädlinge und Klimastress beim Weizen vorgegangen werden.
Quelle. Uni Zürich

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Erbgut des Weizens vollständig kartiert

Eine dreizehnjährige wissenschaftliche Kraftanstrengung findet ihren Höhepunkt in einer Publikation im Fachmagazin Science: Über 200 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 73 Forschungseinrichtungen in 20 Ländern haben gemeinsam das Genom des Brotweizen kartiert. Federführend daran beteiligt waren auch Forschende des Helmholtz Zentrums München und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben. Durch die Erkenntnisse erhoffen sich die Beteiligten neue Perspektiven für die Welternährung.
Quelle: Helmholtz Zentrum München

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Erster Transkript-Atlas sämtlicher Weizengene erweitert die Perspektiven für Forschung und Züchtung

Das vollständige Genom des Weizens (Triticum aestivum) wurde heute im Fachmagazin Science veröffentlicht. Diese Sequenz ist das „Ankergenom“ für die Erfassung der vollständigen genetischen Vielfalt der Weltnahrungspflanze Weizen. Eine zweite Publikation im gleichen Magazin beschreibt erste Möglichkeiten, die sich daraus für Wissenschaftler und Praktiker ergeben. Unter Führung des John Innes Center in Norwich (England) (siehe Press Release) waren Wissenschaftler aus sieben Ländern und 17 Forschungseinrichtungen an der Studie beteiligt. Aus Deutschland waren es Forschende des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben und des Helmholtz Zentrums in München.
Quelle: IPK (pdf)

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Pflanzen und Tiere dirigieren ihr Zusammenleben gemeinsam

Foto: Blüte mit dem sie bestäubenden Nektarvogel. Foto und Copyright: Eike Lena Neuschulz

Ökosysteme sind gewaltige Netzwerke, in denen Tier- und Pflanzenarten vielfältig miteinander zusammenhängen. Dieses Teamwork zwischen den Arten ist besonders bei Bestäubung und Samenausbreitung wichtig. Wie eine Studie unter der Leitung von Senckenberg-WissenschaftlerInnen zeigt, entscheiden klimatische Bedingungen darüber, ob Pflanzen- oder Tierarten das Zusammenspiel in diesen Netzwerken bestimmen. "In Ökosystemen mit hohem Niederschlag sind die Pflanzen typischerweise sehr unterschiedlich und weisen eine hohe funktionelle Vielfalt auf. Je höher diese funktionelle Vielfalt ist, desto stärker können sich ihre tierischen Partner spezialisieren. Die Pflanzen sind damit hier für die Spezialisierung der Tiere maßgeblich“, erklärt Dr. Jörg Albrecht, Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum, Erstautor einer neuen Studie zu diesem Thema. Für die Vielfalt der Tiere ist dagegen die Durschnittstemperatur wichtiger als der Niederschlag. Im Rahmen der Studie hatten Albrecht und seine Kollegen aus Deutschland, der Schweiz und Tansania fünf Jahre lang knapp 15.000 Interaktionen zwischen Pflanzen, ihren tierischen Bestäubern und Samenausbreitern beobachtet und ausgewertet. Die Studie ist nun im Fachmagazin Nature Communications erschienen.
Quelle: Senckenberg

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Pflanzen steuern Fotosynthese unabhängig ihrer Herkunft einheitlich

Mikroskopische Aufnahme eines Chloroplasten, in dem die Photosynthese stattfindet. Aufnahme: Dr. Alexander Hertle, MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie

Ob sich die Erzeugung der Fotosynthese-Proteine zwischen Landpflanzen und Algen unterscheidet, haben Forschende um Juniorprofessor Dr. Felix Willmund der TU Kaiserslautern gemeinsam mit KollegInnen um Dr. Reimo Zoschke vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) in Potsdam-Golm. Dazu haben sie die Translation einer Grünalge, von Tabakpflanzen und der Ackerschmalwand mit Hilfe der neuen Methode des sogenannten Ribosomen-Profiling untersucht. Wie sie herausfanden werden dieselben Proteinmengen bei allen drei Pflanzen gebildet, wenn auch mit unterschiedlichen Strategien. Das Ergebnis zeigt, wie wichtig diese Proteine für Pflanzen sind, unabhängig vom Lebensraum. Die Erkenntnisse der Studie können helfen, Nutzpflanzen resistenter für den Klimawandel zu machen. Die Arbeit ist in der Fachzeitschrift Nature Plants erschienen.
Quelle: TU Kaiserslautern

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Schrumpfender Lebensraum stört Zusammenspiel der Arten

Kalkmagerrasen bei Göttingen. Foto: Abteilung Agrarökologie

Agrarökologen der Universität Göttingen haben in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universitäten Gießen und Würzburg nachgewiesen, dass sich Pflanzen- und Insektengemeinschaften durch die Verkleinerung von Kalkmagerrasen ändern und so auch die Struktur von Nahrungsnetzen zwischen diesen Arten beeinflussen. Mit diesen Ergebnissen kann vorhergesagt werden, wie stabil diese Netze sind, wenn der Lebensraum weiter eingeschränkt wird. Die Studie ist in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution erschienen.
Quelle: Uni Göttingen

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News · Forschungsergebnis

Erbgut des Teufelszwirn enthält auch Fremd-DNA

Der parasitäre Teufelszwirn (Cuscuta campestris) befällt verschiedene Pflanzen und verursacht hohe Ernteschäden. Jetzt wurde erstmals das Erbgut des Parasiten analysiert und im Fachmagazin Nature Communications publiziert. Demnach hat der Ernteschädling 1.736 Gene weniger als „normale“ Pflanzen, die er als Parasit auch nicht benötigt. So fehlen ihm beispielsweise Gene, die andere Pflanzen für die Aufnahme von Nährstoffen aus dem Boden brauchen. Ab und zu verleibt er sich sogar die fremde DNA seines Wirtes ein (horizontaler Gentransfer). Wie das Portal Pflanzenforschung berichtet, waren an der Entschlüsselung des Genoms Forschende der RWTH AAchen und des Forschungszentrums Jülich beteiligt.
Quelle: Pflanzenforschung

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Tomaten-DNA macht Brustimplantate fälschungssicher

Dr. Storsberg, Wissenschaftler am Fraunhofer IAP und Gutachter in Gerichtsverfahren, die Brustimplantate betreffen, untersucht ein Brustimplantat mit austretender Gelfüllung. Foto und © Fraunhofer IAP

Jahrelang hat ein französisches Unternehmen Brustimplantate aus billigen Industrie-Silikonkomponenten verkauft. Der Skandal, der 2010 erstmals für Schlagzeilen sorgte, beschäftigt bis heute die Gerichte. Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP hat jetzt ein Verfahren entwickelt, das derartigen Betrug verhindert. Künftig können Hersteller Implantate fälschungssicher kennzeichnen – mit Hilfe von verkapselter Tomaten-DNA. Denn diese erwies sich als ideales Markierungsmaterial und wurde aus Tomatenblättern als genomische DNA (gDNA) isoliert und in die Silikonmatrix der Implantate eingebettet.
Quelle: Fraunhofer

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News · Forschungsergebnis

Leistung der Wälder von Tieren und Pilzen gefördert

Subtropische Wälder wie dieser in Ost-China im Schutzgebiet Gutianshan sind besonders artenreich. Foto: Sabine Both

Wie eine Studie zeigt, hat neben der Vielfalt der Baumarten auch jene der Tier- und Pilzarten entscheidenden Einfluss auf die Leistung von Wäldern, wie Holzproduktion, CO2-Speicherung und Klimaregulation. Die Studie basiert auf zehn Jahren Forschung in artenreichen Wäldern der Subtropen. Ein Forscherteam unter Federführung des Forschungszentrums Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg hat die Ergebnisse in der neuen Ausgabe der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Sie verdeutlichen, dass Biodiversität ganzheitlich betrachtet werden muss, um die Leistungsfähigkeit von Wäldern zu erhalten.
Quelle: iDiv

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News · Forschungsergebnis

Frostschutz in lebenden Eis-Algen studiert

Einkristalle in einer Lösung von Frostschutzproteinen bei unterschiedlichen Temperaturen. Foto: Maddalena Bayer-Giraldi, AWI

Forschende haben neue Wirkungsphänomene von Frostschutzproteinen aus Eisalgen im Fachjournal PNAS vorgestellt. Sie haben den Frostschutzmechanismus von im Meereis lebenden Mikroalgen aus der Perspektive des physikalischen Kristallwachstums angeschaut, nicht wie bisherige Studien auf Basis der biochemischen Vorgänge. Dazu beobachtete das Team vom Alfred-Wegener-Institut (AWI) gemeinsam mit internationalen Kollegen in lebenden #Eisalgen namens Fragilariopsis cylindrus Form und Wachstum der Eiskristalle. Diese im ewigen Eis überlebende Alge, hatten Algenforscher der Sektion Phykologie in der DBG zur Alge des Jahres 2011 gekürt.
Quelle: AWI

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News · Forschungsergebnis

Wurzelentwicklung neu beschrieben

Eine Wurzelkappe löst sich von der Wurzelspitze der Ackerschmalwand-Pflanze. Aufnahme: Ivan Kulik, IST Austria

Wenn die Pflanzenwurzel wächst, schützt eine Wurzelkappe ihre zerbrechliche Spitze. Alle paar Stunden geht die alte Kappe verloren und eine neue ersetzt sie. Das stellte die Wissenschaft bisher vor eine Frage: Wie wissen die Zellen an der Spitze, wann sie sterben müssen, und wie wissen die Zellen weiter hinten, wann sie sich teilen und eine neue Schicht bilden - zumal diese Zellen mehrere Zellreihen voneinander entfernt sind? ForscherInnen der Universität Oslo und des Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) haben dieses Kommunikationsproblem nun teilweise gelöst. Wie sie in der heutigen Ausgabe von Nature Plants schreiben, konnten die ForscherInnen zum ersten Mal regelmäßige Zyklen von Verlust und Nachwachsen der Wurzelspitze in Echtzeit beobachten mit einem Laser-Scanning-Mikroskop, das auf die Seite gekippt wurde. Dabei entdeckten sie das Signal, ein kleines Peptid, genannt IDL1, und den Rezeptor HSL2, die diesen Prozess koordinieren (https://doi.org/10.1038/s41477-018-0212-z).
Quelle: IST Austria (beim idw)

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Marine Algen-Sedimente als riesige Quecksilberspeicher

Die Schlämme im Sedimentkern enthalten zahlreiche Kieselalgen (Diatomeen). Foto: Sara Zaferani, TU Braunschweig

Quecksilber spielt seit Jahrhunderten vor allem bei der Gold- und Silbergewinnung, aber auch bei der Kohleverbrennung eine Rolle. Diese Prozesse haben zu einer starken Anreicherung des Quecksilbers in der Umwelt geführt. Der Verbleib des Elements im Meer ist bisher kaum verstanden. Wissenschaftler der TU Braunschweig haben Sedimentablagerungen durch Algen in der Antarktis auf Quecksilberablagerungen untersucht. Sie haben herausgefunden, dass diese Mikroalgen hohe Konzentrationen des Umweltgiftes speichern und damit gleichzeitig Auskunft über das Ausmaß und den Beginn der globalen Quecksilberemission geben können. Ihre Ergebnisse haben die Forschenden im Fachmagazin Science veröffentlicht.
Quelle: TU Braunschweig

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Neuartiges Antibiotikum auf Ackerschmalwand entdeckt

Forschende haben eine neuartige, antibiotisch wirksame chemische Substanzen entdeckt – an einem für diese Zwecke bisher kaum erforschten Ort: der Blattoberfläche eines weit verbreiteten Ackerunkrauts. Dazu untersuchten sie mehr als zweihundert Bakterienstämme, die sich alle auf der in Europa häufig vorkommenden Wildpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis) finden. Ihre Ergebnisse zeigen, dass sich in diesem Mikrokosmos viele noch unbekannte Naturstoffe verbergen, die neue Medikamente ermöglichen könnten, berichten die Forschenden eines Projektes des Schweizer Nationalfonds (SNF) im Fachjoutnal Nature Microbioloy.
Quelle: SNF

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Bodenmikroben bauen Mulch-Folien aus PBAT-Kunststoff ab

Pilzfäden besiedeln die Oberfläche der PBAT-Folie und nutzen deren Kohlenstoff für den eigenen Stoffwechsel. Elektronenmikroskopische Aufnahme der Gruppe Umweltchemie, ETH Zürich

Dünne Mulch-Folien aus Polyethylen werden in vielen Ländern im Ackerbau eingesetzt und verschmutzen dort Böden massiv. Nun zeigen Forschende der Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich) vom Institut für Biogeochemie und Schadstoffdynamik und der Eawag im Fachmagazin Science Advances auf, dass es Alternativen gibt: Folien aus dem Kunststoff PBAT werden im Boden biologisch abgebaut. Nach Aussage der ETH Zürich sei es den Forschenden damit zum ersten Mal gelungen, einen wissenschaftlich stringenten Beweis zu führen, dass ein Kunststoff im Boden biologisch abgebaut werden kann.
Quelle: ETH Zürich

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Blattläuse manipulieren ihren Pflanzensaft

Blattläuse am Knospenstiel von Rainfarn. Foto: Jana Stallmann, Uni Bielefeld

Wissenschaftlerinnen haben herausgefunden, dass Blattläuse die Qualität ihrer Nahrung beeinflussen können und so möglicherweise ihre eigene Nische auf ihrer Wirtspflanze konstruieren. Wie Professorin Dr. Caroline Müller von der Uni Bielefeld und Ruth Jakobs nun erstmals im Fachjournal New Phytologist (DOI: 10.1111/nph.15335) beschreiben, ändert sich der Pflanzensaft bei Blattlausbefall je nach Blattlausart und je nach dem Pflanzenteil, an dem die Blattläuse saugten. Dazu setzten die Biologinnen Blattläuse an den Knospenstiel sowie an alte und junge Blätter des Rainfarns (Tanacetum vulgare). Anschließend bestimmten sie das Populationswachstum der Tiere sowie die chemische Zusammensetzung des Pflanzensaftes. Je nach Blattlausart und Pflanzenteil enthielt dieser anschließend mehr Zucker oder mehr Aminosäuren. „Wir können davon ausgehen, dass sich Blattläuse ähnlich verhalten wie beispielsweise Biber, die sich in ihren selbstgebauten Dämmen niederlassen“, erklärt Müller.
Quelle: Uni Bielefeld 

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Flechten und Moose tragen zum globalen Wasserkreislauf bei

Flechten und Moose auf Bäumen. Foto: Hartmut Thiel

Forschende der Uni Potsdam, des Max-Planck-Institutes für Biogeochemie Jena und der amerikanischen Georgia Southern University haben herausgefunden, dass diese ehr unscheinbaren Organismen einen bedeutenden Teil des Niederschlags aufnehmen, der danach direkt wieder in die Atmosphäre verdunstet. Mithilfe eines Computermodells haben die Forschenden herausgefunden, dass Flechten und Moose einen großen Anteil an der globalen Interzeption haben, also an der Verdunstung des Niederschlages noch vor dem Versickern in den Boden. Damit tragen Flechten und Moose nicht nur entscheidend zum globalen Wasserkreislauf bei, sondern haben auch einen kühlenden Effekt auf die regionale Temperatur der Landoberfläche. Die Ergebnisse ihrer Studie haben sie in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.
Quelle: Uni Potsdam

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An Land vor unserer Zeit

Quirl einer Armleuchteralge mit Reproduktionsorganen. Der für Algen komplizierte Körperbau deutet die relativ nahe Verwandtschaft zu den Landpflanzen an. Foto: Florian Rümpler, Uni Jena

Wie weit muss man in der Evolutionsgeschichte zurückgehen, um herauszufinden, wann die Weichen für die Besiedlung des Festlandes durch Pflanzen gestellt wurden? Die Antwort darauf fand ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, welches das Genom der Armleuchteralge Chara braunii entschlüsselte - deren Vorfahren bereits vor 500 Millionen Jahren lebten. An der Deutung der Genomsequenz der Grünalge, die viel näher mit den Landpflanzen verwandt ist als die meisten anderen Algen, beteiligten sich mehr als 30 Forschende und steuerten unter der Leitung des Marburger Biologen Prof. Dr. Stefan Rensing ihre je eigene Expertise bei (die DBG berichtete über die Publikation in Cell), darunter Prof. Dr. Günter Theißen und Dr. Florian Rümpler von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. "Alle Landpflanzen, wie Moose, Farne, Nacktsamer und Blütenpflanzen, stammen von einem gemeinsamen Vorfahren ab. Das Festland wurde also von Pflanzen nur einmal erfolgreich besiedelt", erklärt Genetiker Theißen. "Das Landleben bedeutet verglichen mit dem im Wasser mehr Stress, zum Beispiel durch die Gefahr auszutrocknen, schwerer an Nährstoffe zu kommen und stark erhöhte Strahlenbelastung, insbesondere durch UV-Licht. Dass die entsprechenden genetischen Merkmale, das zu überstehen, schon bei Chara braunii vorlagen, ist eine weitreichende Erkenntnis."
Quelle: Uni Jena

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Pflanzliche Mutter-Kind-Kommunikation

Das Hormon Auxin sammelt sich in dem Bereich des Samens an, in dem der Embryo mit dem mütterlichen Gewebe verbunden ist. Grafik: Thomas Laux, Uni Freiburg

Ein internationales Team hat nachgewiesen, dass Mutterpflanzen den Aufbau ihrer Embryonen über das Hormon Auxin beeinflussen. Im Modellorganismus Arabidopsis kommuniziert die Mutterpflanze über dieses Signalmolekül mit ihrem Nachwuchs und leitet die ersten Schritte von dessen Entwicklung an. Die Studie des Team um den Freiburger Pflanzenbiologen Prof. Dr. Thomas Laux veröffentlichten die Forscherinnen und Forscher im Fachjournal Nature Plants. Da die Forscher um Laux ähnliche Ergebnisse auch im Mais fanden, gehen sie davon aus, dass der entdeckte Mechanismus bei Pflanzen weitverbreitet ist. Ihre Ergebnisse können dazu beitragen, dass in Zukunft Pflanzen effektiver gezüchtet und beispielsweise widerstandsfähiger gegen Umwelteinflüsse werden.
Quelle: Uni Freiburg

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Wie sich Pflanzen an Klimaveränderungen anpassen

Forschende haben am Beispiel der Acker-Schmalwand untersucht, welche genetischen Variationen eine Anpassung an wärmere Temperaturen erlaubt. Dafür setzten sie 174,000 Samen von Pflanzen aus dem Norden an zwei unterschiedlichen Orten im Süden Spaniens. Wie sie herausfanden überlebten zwar viele Pflanzen aus dem Norden, aber diejenigen, die aus einer wärmeren Region stammten, blühten am schnellsten und produzierten auch mehr Samen. In regenreichen Jahren waren jedoch die spätblühenden Pflanzen erfolgreicher. “Dass Pflanzen immer früher blühen, ist ein globaler Trend als Antwort auf den Klimawandel. Mit dieser Studie zeigen wir, dass frühes Blühen einen Überlebensvorteil hat, und dass es mit der Genetik der Pflanzen zu tun hat”, beschreibt Moises Exposito-Alonso vom Max-Planck-Institut (MPI) für Entwicklungsbiologie in Tübingen die Ergebnisse der Studie, die im Fachjournal Evolution erschien.
Quelle: MPI 

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Umweltressourcen nachhaltig nutzen

Karten der Ökosysteme der 31 beteiligten Länder zu erstellen, war eines der Projektziele. Foto: PhyGeo, LUH

Das fragile Gleichgewicht der Natur zu stärken und so die biologische Vielfalt zu erhalten: Das ist das Ziel der Biodiversitätsstrategie, die die Europäische Union (EU) im Jahr 2011 beschlossen hat. Dass dies mit ganz einfachen Methoden gelingen könnte, zeigt das Forschungsprojekt ESMERALDA (Enhancing ecoSysteM sERvices mApping for poLicy and Decision mAking), das nun abgeschlossen wurde und an dem sämtliche 28 EU-Länder sowie die Schweiz, Norwegen und Israel beteiligt waren. Das Projektes hat dazu eine flexible Methodik zur Kartierung und Bewertung von Ökosystemleistungen als Baustein für paneuropäische und regionale Bewertungen entwickelt. Die meisten Daten waren bereits vorhanden und mussten daher lediglich aufbereitet und koordiniert werden. In einem zweiten Schritt wurden den Beteiligten in den Ländern dann die wissenschaftlichen Methoden und Daten zur Verfügung gestellt, um das vorhandene Wissen zu bündeln, zu koordinieren und aufzubereiten. Auf diese Weise ist ein Maßnahmenkatalog entstanden, der per Open Access allen teilnehmenden Partnern und der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden konnte - zur Projekt-Website: http://www.maes-explorer.eu/. Die Koordination des gesamten Projektes lag bei Prof. Dr. Benjamin Burkhard vom Institut für Physische Geographie und Landschaftsökologie (PhyGeo) der Leibniz Universität Hannover (LUH).
Quelle: LUH

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Auxin vermittelt zwischen Mutterpflanze und Embryo

Samen der Ackerschmalwand in der frühen Entwicklung: Auxin (hier in grün) wird im mütterlichen Gewebe in der Nähe des jungen Embryos produziert und reichert sich dort an. Foto: Chulmin Park, IST

Bei Pflanzen ist seit einiger Zeit klar, dass mütterliche Signale die Embryonalentwicklung regulieren. Allerdings war das Signal selbst unbekannt - bis jetzt. PflanzenforscherInnen des Institute of Science and Technology Austria (IST Austria), des Central European Institute of Technology (CEITEC) und der Universität Freiburg haben nun herausgefunden, dass das von der Mutter stammende Pflanzenhormon Auxin, eines der Signale ist, die dem Pflanzenembryo seine Gestalt vorgeben. Ihre Studie an der Modelpflanze Arabidopsis erscheint heute in Nature Plants.
Quelle: IST Austria (via idw)

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Feinstaub macht Bäume anfälliger gegen Trockenheit

Privatdozent Dr. Jürgen Burkhardt vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz im Gewächshaus der Universität Bonn. Foto und © : Volker Lannert, Uni Bonn

Ablagerungen aus Feinstaub steigern das Risiko, dass Pflanzen Trockenschäden erleiden - denn der Staub steigert die Verdunstung. Deshalb sind die feinen Ablagerungen vermutlich mehr an Waldschäden beteiligt als bislang angenommen. Belege dafür liefert eine experimentelle Gewächshausstudie der Universität Bonn, bei der Bäume in annähernd partikelfreier Atmosphäre mit solchen in ungefilterter Luft verglichen wurden. Die Ergebnisse sind nun im Fachjournal Environmental Research Letters erschienen.
Quelle: Uni Bonn

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Algengenom zeigt: Feste Zellwand bereitete Landgang vor

Der Stammbaum der Landpflanzen weist die Armleuchteralgen als nahe Verwandte aus. Diese teilen sich mit den Landpflanzen viele Eigenschaften, zum Beispiel eine spezielle Form der Zellteilung. Illustration: Debbie Maizels, Cell

Wie Pflanzen das Land eroberten, zeigt sich in ihren Genen: Die Erbanlagen von Armleuchteralgen enthalten zahlreiche evolutionäre Neuerungen, die es ihren Vorläufern ermöglichten, sich auf dem Trockenen breit zu machen. Das hat ein internationales Konsortium herausgefunden, indem es den Genbestand von Brauns Armleuchteralge (Chara braunii) entschlüsselte und mit dem Genom von Landpflanzen verglich. Insbesondere für die Bildung der Zellwand greift die Alge auf Erbanlagen zurück, wie sie auch bei Landpflanzen vorkommen, schreibt das Konsortium unter der Federführung des Marburger Pflanzenwissenschaftlers und Zellbiologen Professor Dr. Stefan Rensing im Fachjournal Cell (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.06.033). „Unsere Daten zeigen: Eine Reihe von Genen, die in der wissenschaftlichen Literatur bisher als Landpflanzen-typisch galten, finden sich schon bei den Armleuchteralgen“, sagt Rensing. Daneben gibt es bei Brauns Armleuchteralge auch Neuerungen, die unabhängig von denen der Landpflanzen entstanden. Dem Forschungskonsortium gehören mehrere DBG-Mitglieder an.
Quelle: Uni Marburg

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Evolution neuer Paarungstypen

Petunien produzieren ein Toxin, das das Wachstum des Pollens hemmt, um Selbstbefruchtung zu verhindern. Foto: Lewis Collard, IST

Um sich nicht selbst zu befruchten, müssen Pflanzen ihre eigenen Pollen erkennen. Die Selbsterkennungstypen in verschiedenen Pflanzen sind erstaunlich vielfältig. Um herauszufinden wie die vielen Typen entstanden, kooperierte die Pflanzenbiologin Melinda Pickup, Postdoc bei Nick Barton am Institute of Science and Technology (IST) Austria, mit TheoretikerInnen und PraktikerInnen der Evolutionsgenetik, der Spieltheorie und der angewandten Mathematik. Durch theoretische Analyse und Simulation fanden sie heraus, dass es verschiedene Wege gibt, auf denen sich neue Paarungstypen entwickeln können. In einigen Fällen geschieht dies durch eine Zwischenstufe der Selbstbefruchtung, in anderen Fällen jedoch durch Selbstunverträglichkeit, schreiben die Forschenden im Fachjournal Genetics. Interessanterweise war die Vielfalt der Gene in ihren theoretischen Simulationen aber geringer als die in der Natur beobachtete Vielfalt.
Quelle:  IST Austria (via idw)

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Algen belegen, wie warmes Ozeanwasser in letzter Eiszeit Gletscher abschmolz

Eisberg mit Bändern eingeschlossenen Gesteines. Foto: Thomas Ronge, AWI

Eine Gletscherschmelze auf der einen Seite der Erde kann auf der anderen Seite des Globus ebenfalls Gletscher in Bewegung bringen. Das zeigt eine aktuelle Arbeit von AWI-Forschern, die eiszeitliche Ablagerungen von Meeresalgen untersucht und gestützt auf diese Daten Klimaberechnungen durchgeführt haben. Dabei aufgedeckte Prozesse sind beunruhigend: Bei weiterer Erwärmung der Ozeane können sie auch zum Abbau heutiger polarer Eismassen und zu einem raschen Anstieg des Meeresspiegels führen. Mit Hilfe einer Sauerstoff-Isotopen-Analyse der Überreste von alten Kieselalgen-Panzern aus den Sedimenten am Meeresboden konnten die Forschenden feststellen, zu welchen Zeiten das Wasser an der Meeresoberfläche durch Gletscherschmelze stark ausgesüßt war. Über die im Fachmagazin Nature (DOI: doi.org/10.1038/s41586-018-0276-y) veröffentlichte Studie sagt die Geowissenschaftlerin Edith Maier vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI): „Unsere Ergebnisse sind auch für die Zukunft relevant, weil sie deutlich machen, wie stark sich Klimaeffekte auf der einen Seite der Erde auf andere Gebiete auswirken können.“
Quelle: AWI

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Neuer Mechanismus der Fotosynthese-Regulation

Annika Brünje, Prof. Dr. Iris Finkemeier und Dr. Ines Lassowskat (v. l.). Foto und ©: Jonas Giese, WWU

Ein Deutsch-finnisches Team von PflanzenphysiologInnen zeigt: ein bislang unbekannter Mechanismus ermöglicht das Umschalten zwischen den Fotosystemen I und II, die bei Licht unterschiedlicher Wellenlänge optimal arbeiten. Es hat eine Protein-Acetyltransferase (nuclear shuttle interacting, NSI) identifiziert, die bei dieser Regulation eine wichtige Rolle spielt. Dieses Enzym reguliert Eiweiße, indem es Acetylgruppen anhängt. Das Team um die Pflanzenphysiologin Prof. Dr. Iris Finkemeier, Doktorandin Annika Brünje und Post-Doktorandin Ines Lassowskat von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) hat die an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) gewonnenen Ergebnisse im Fachjournal Plant Cell veröffentlicht.
Quelle: WWU

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Hitzewellen können Küstenökosysteme verändern

Seegras (Zostera marina) in Pflanztöpfen in einem der 12 Benthokosmen an der Kiellinie während eines Langzeitexperiments zur Auswirkung von Hitzewellen auf Küstenökosystem. Foto: Christian Pansch, GEOMAR (CC BY 4.0)

Modellrechnungen sagen als Folge des Klimawandels eine Zunahme von Extremereignissen wie zum Beispiel Hitzewellen voraus. Mit einem Langzeit-Experiment in der Kieler Benthokosmen-Versuchsanlage haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel klare Hinweise gefunden, dass bereits Ereignisse von wenigen Tagen oder Wochen Länge Küstenökosysteme langfristig verändern können. Die Ergebnisse der Studie haben sie im Fachjournal Global Change Biology (DOI: doi.org/10.1111/gcb.14282) veröffentlicht.
Quelle: GEOMAR

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Palmöl: Kosten-Nutzen und Lösungsansätze

Aus der Tiefe entnimmt Dr. Thomas Guillaume Bodenproben. Foto: Th. Guillaume

Palmöl gehört zu unserem Alltag – es wird für Lebensmittel, Kosmetika und als Biokraftstoff verwendet. Die ökologischen und sozialen Kosten für die Palmölproduktion sind jedoch hoch. Jedes Jahr werden tausende Hektar Regenwald und andere Waldökosysteme in Ölpalmplantagen umgewandelt, um den welt-weit wachsenden Bedarf zu decken. Forscherinnen und Forscher der Universität Göttingen haben in einer Studie die Umweltauswirkungen des Ölpalmenanbaus in Indonesien untersucht. Neben einer Kosten-Nutzen-Analyse bieten die Autorinnen und Autoren umweltfreundlichere Lösungsansätze: Um kurzfristige Umweltauswirkungen der Monokulturen zu verringern, schlagen die Autorinnen und Autoren vor, Wälder nur dann in Ölpalmplantagen umzuwandeln, wenn das geschlagene Holz nicht verbrannt, sondern zum Beispiel für Bauzwecke genutzt werden kann. Zudem sollte eine reichlich vorhandene Schicht aus Pflanzenabfällen auf dem Boden belassen werden, um als natürlicher Dünger zu fungieren und den Oberflächenabfluss zu reduzieren. Abfälle aus Palmölmühlen können als zusätzlicher organischer Dünger in den Plantagen dienen. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen.
Quelle: Uni Göttingen

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Genetik der Ananas-Familie entschlüsselt

Eine von sieben bestätigten Arten der Ananas-Gruppe: Ananas ananassoides. Foto: Elton M.C. Leme

Forschende haben mit verschiedenen genetischen Methoden das Verwandtschaftsverhältnis der sieben Ananasarten und 29 weiterer Bromelienarten untersucht. Bisher war die taxonomische Einordung dieser Gattung der Bromeliengewächse unklar. Die Art Ananas comosus ist nach der Banane und Zitrusfrüchten das am häufigsten gehandelte tropische Obst. Das internationale Forscherteam bestätigt in der Studie einen Art-Status der sieben Ananasarten, sowie eine enge Verwandtschaft der Gattung Ananas mit den Bromeliengewächsen Disteganthus basilateralis, Aechmea tayoensis und Pseudananas sagenarius und beschreibt eine neu entdeckte genetische Nähe mit der „Lanzenbromelie” Aechmea fernandae. Die Studie der Forschenden um Dr. Sabine Renger und Dr. Juraj Paule  vom Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt und der Goethe Universität Frankfurt sowie Prof. Dr. Georg Zizka, Abteilungsleiter Botanik und Molekulare Evolutionsforschung, erschien kürzlich im Fachjournal Plant Systematics and Evolution.
Quelle: Senckenberg

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Symbiose-Steuerung zwischen Algen und Nesseltieren

Mikroskopische Abbildung von Hydra-Epithelzellen (Zellkerne in grün), die jeweils etwa 20-30 symbiotische Chlorella-Algen enthalten (in orange). Aufnahme und © Jay Bathia, CAU

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Sonderforschungsbereichs 1182 haben mit japanischen Forschenden vom Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) und der Universität Okayama erstmals eine umfassende Charakterisierung der symbiotischen Interaktionen zwischen dem Süßwasserpolypen Hydra und den in seinem Zellinneren lebenden Chlorella-Algen vorgelegt. Die Algen stellen dem Polypen Stoffwechselprodukte ihrer Photosynthese zur Verfügung und erhalten im Gegenzug Nährstoffe, die sie selber nicht erschließen können. Die Algen geben dabei sogar Teile der Erbinformation auf und nutzen stattdessen die entsprechenden Strukturen des Süßwasserpolypen. Auch der Polyp selbst ist abhängig von den Algen, die seinen Reproduktionserfolg erhöht. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forschenden des SFB „Entstehen und Funktionieren von Metaorganismen“ an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) in der aktuellen Ausgabe des international renommierten Fachjournals eLife.
Quelle: CAU

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Selbstheilende Samenkapseln

Reife Frucht von Banksia attenuata aus Westaustralien nahe Perth. Die Pflanzen öffnen ihrer Samenkapseln auch ohne Feuer. Dies geschieht vor allem in niederschlagsreichen Gegenden. Die Kapsel ist in einen verholzten Zapfen eingebettet, hier von abgestorbenen Blütenreste umgeben. Foto und ©: Jessica Huss

Ein internationales Team hat an den Samenkapseln von Banksia-Pflanzen einen neuen Selbstheilungsmechanismus entdeckt: Spezielle Wachse, die in der Verbindungszone zwischen den beiden Kapselklappen eingelagert sind und bei sommerlichen Umgebungstemperaturen schmelzen, verschließen kleine Risse. An der im Journal of the Royal Society Interface erschienenen Studie waren Forschende des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung beteiligt.
Quelle: MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung

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Ölkörperchen in Sojabohnen

Ölkörperchen bei Sojabonen. Im Inneren einer nanometergroßen Kugel befindet sich Öl, umrandet von Phospholipiden (blau). Das Protein Oleosin (pink) bildet eine zusätzliche Schutzschicht, welche für die hohe mechanische Stabilität des Oleosoms sorgt indem es mit seinem Anker tief in das Öl eindringt. Bild und ©: MPI-P

Mit Hilfe von Neutronenstreuung haben Forschende kleine Ölkörper in Sojabohnen untersucht. Diese dienen der Bohne beim Keimen und Wachsen als Energielieferant, werden aber auch bei der Herstellung von Sojaölen verwendet. Mit ihren Untersuchungen habt das Team um Prof. Thomas Vilgis die Struktur und damit die mechanische Stabilität dieser Ölkörperchen näher untersucht. Eine mögliche Anwendung ihrer Forschungsergebnisse liegt in der Herstellung neuer und innovativer Lebensmittel auf natürlicher Basis. Ihre Ergebnisse publizierten die Mainzer Forscherinnen und Forscher des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) im Fachmagazin Journal of Colloid and Interface Science.
Quelle: Uni Mainz

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Ackerflächen-Ausdehnung reduziert CO2-Aufnahme-Kapazität

Die Umnutzung von Wäldern in Agrarflächen beschleunigt den Klimawandel – zu diesem Ergebnis kommt die aktuelle Studie. Foto: Dr. Anita Bayer, KIT/IMK-IFU

Pflanzen binden einen Teil des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2), das vor allem durch Verbrennen fossiler Energieträger in die Atmosphäre freigesetzt wird. Veränderte Landnutzung, wie die immer noch zunehmende Abholzung von Wäldern, lässt erwarten, dass sich die CO2-Aufnahmekapazität dieser Flächen künftig verringern wird. Darauf weist eine Studie von Klimaforscherinnen und -forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) hin. Über die Ergebnisse berichten sie in der Fachzeitschrift Environmental Research Letters.
Quelle: KIT

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Palmöl: Die CO2-Kosten der Abholzung

Palmöl-Ernte in Indonesien. Foto: EPFL, WSL

Palmöl hat einen festen Platz in unserem Alltag, doch seine intensive Produktion hat massive Auswirkungen auf die Umwelt. Darauf weist eine Studie der ETH Lausanne und der Eidgenössischen Forschungsanstalt WSL hin, die im Fachjournal Nature Communications erschien. Demnach erwies sich die Umwandlung von Tropenwäldern in intensiv genutzte Palmölplantagen im Hinblick auf die Kohlenstoffemissionen als am problematischsten. Ein Hektar dieser Nutzungsform setzt jählich 174 Tonnen Kohlenstoff mehr frei als ein Hektar Tropenwald, wovon der grösste Teil in Form des Treibhausgases CO2 in die Atmosphäre gelangt. Dennoch zeichnen sich kurz- und langfristige Lösungen ab. Die Studie gibt konkrete Ratschläge, wie man die Umweltauswirkungen der Monokultur von Kautschukbäumen und Ölpalmen kurzfristig verringern kann. Die Plantage sollte nur gerodet werden, wenn man das Holz anschliessend verwerten kann, etwa als Bauholz, anstatt es zu verbrennen. Und es sollte mehr Deckvegetation erhalten bleiben, die dem Boden als Gründünger dient. Die Rückstände aus den Ölmühlen sollten ebenfalls wieder auf den Böden ausgebracht werden, um diese auf natürliche Weise zu düngen. Einen längerfristigen Lösungsansatz eröffnet das vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) und der Schweizer Direktion für Entwicklung und Zusammenarbeit (DEZA) finanzierte Projekt OPAL.
Quelle: WSL

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Was die Ausbreitung von Arten in der Natur beschränkt

Die Grenzen des natürlichen Lebensraumes einer Spezies entstehen aus dem Zusammenspiel von ökologischen und evolutionären Dynamiken. Grafik ©: Polechová, Uni Wien

Was hindert eine Spezies daran, sich an eine immer größere Vielfalt von Lebensbedingungen anzupassen und sich geographisch immer weiter auszubreiten? Die Biomathematikerin Jitka Polechová, Elise-Richter-Stipendiatin an der Universität Wien, klärt in einem Artikel in der Fachzeitschrift PLoS Biology, wieso das Verbreitungsgebiet einer Spezies begrenzt ist. Die Theorie zeigt, dass lediglich zwei Größen, die sowohl in der Evolution als auch in der Ökologie wichtig sind, fundamental für die Stabilität des Verbreitungsgebiets sind: die räumliche Heterogenität in den Umweltbedingungen und die Größe der lokalen Populationen.
Quelle: Uni Wien

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Stieleichen-Genom offenbart Geheimnis für Langlebigkeit von Bäumen

Forschende nutzten genetisch identische in-vitro-Stecklinge der Stieleiche und analysierten, wie sie ihre Gene bei unterschiedlichen Umwelteinflüssen regulieren. Foto: André Künzelmann, UFZ

Ein internationales Konsortium unter französischer Leitung hat das Genom der Stieleiche (Quercus robur) sequenziert. Die in Nature Plants veröffentlichte Arbeit, an der auch drei Forschende des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) beteiligt waren, identifiziert zwei wichtige genomische Eigenschaften, die für die Langlebigkeit dieser Baumart sorgen: Zum einen ist das die Existenz besonders zahlreicher und vielfältiger Resistenz-Gene und zum anderen treten somatische Mutationen auf, die in die nächste Generation vererbt werden. Wie die Studie zeigt, enthält das Genom insgesamt 26.000 Gene. 51 Prozent davon bestehen aus springenden genetischen Elementen – DNA-Sequenzen, die ihre Position innerhalb des Genoms ändern können. Zudem ist mit 36 Prozent ein ungewöhnlich hoher Anteil in aneinander gereihten Gengruppen organisiert, während es bei anderen Pflanzen im Durchschnitt lediglich 15 Prozent sind. Die Resistenz-Gene der Stieleiche scheinen von diesen Tandemduplikationen zu profitierten. Ein Vergleich der Genome von krautigen Pflanzen mit mehrjährigen Gehölzen (wie Eiche, Pappel, Eukalyptus oder Pfirsich) zeigte, dass dieser Mechanismus zur Vervielfältigung von Resistenz-Genen nicht auf Eichen beschränkt ist, sondern bei allen untersuchten Baumarten auftrat.
Quelle: UFZ

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Was Pflanzen-Pathogene mit Sozialen Medien zu tun haben

Forschende haben bisher unbekannte Protein-Ziele pflanzlicher Pathogenen in der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) identifiziert. Dabei haben sie einige Methoden angewendet, die auch bei der Analyse von Sozialen Netzwerken im Einsatz sind. Ihr neuer Ansatz könnte laut den Forschenden auch dabei helfen, andere Interaktionen zwischen biologischen Arten zu analysieren um neue Angriffspunkte für Krankheitserreger zu entdecken. In ihrer im Fachjournal Nature Communications publizierten Arbeit zeigen die Forschenden des Wiener Gregor Mendel Instituts für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI), wie mit Netzwerk-Biologie bisher unbekannte Rezeptoren entdeckt werden können, die von Effektoren angegriffen werden.
Quelle: GMI

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Neue Klasse von Kaffeesäurederivaten in Obst und Gemüse

Sie kommen in Nachtschattengewächsen wie Kartoffeln, Auberginen, Paprika oder Chili vor, aber auch in zahlreichen Beeren, insbesondere in Stachel-, aber auch in Erd- oder Johannesbeeren. Forschende der Jacobs Universität Bremen um Chemie-Professor Dr. Nikolai Kuhnert haben eine neue Klasse von Kaffeesäurederivaten entdeckt und zugleich eine Methode zu deren Strukturaufklärung entwickelt, und im Fachmagazin Journal of Agricultural and Food Chemistry vorgestellt. Die Naturstoffe wiesen sie in rund 70 Prozent aller untersuchten Lebensmittelpflanzen nach. Das berichtet die Universität beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).
Quelle: idw

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Zuviel Stickstoff schadet Waldbaum-Pilz-Symbiosen

Das Gedeihen von Waldbäumen hängt entscheidend von Bodenpilzen ab, die im Wurzelbereich mit ihnen in Gemeinschaft leben. Bei dieser als Mycorrhiza bezeichneten Partnerschaft erleichtern die Pilze den Bäumen die Aufnahme von Mineralien und Wasser, während sie von den Bäumen Kohlenstoffverbindungen erhalten, die sie als Nahrung nutzen. Wie sehr dieses Zusammenleben von äußeren Faktoren abhängt, konnte eine internationale Studie zeigen, die jetzt von einem internationalen Team im Fachblatt Nature veröffentlicht wurde, darunter Forschende des Johann Heinrich von Thünen-Instituts. Dazu hatten die Forschenden 40.000 Mycorrhiza-Proben ausgewertet. Bereits ab einem Grenzwert von 5,8 kg Stickstoff pro Hektar und Jahr, so geht aus der Studie hervor, ist mit einer Beeinträchtigung empfindlicher Pilzarten zu rechnen. Da auf deutschen Monitoringflächen des ICP Forests im Mittel Gesamtstickstoffeinträge von 14 kg pro Hektar und Jahr gemessen werden und in manchen Regionen wie dem Emsland oder dem Allgäu sogar über 30 kg, plädieren die Froschenden für eine Verringerung der Stickstoffeinträge.
Quelle: Thünen-Institut

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Veränderte Reissorten gegen Eisen- und Zinkmangel

Ein Team von Forschenden um Navreet Bhullar vom Institut für molekulare Pflanzenbiologie der Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich) hat zwei der häufigsten Reissorten der Welt genetisch so verändert, dass diese die wichtigen Elemente Eisen und Zink anreichern. Die Reissorten Nipponbare und IR64 mobilisieren Zink und Eisen aus ihren zellulären Speichergefäßen, den Vakuolen. Beide Mineralstoffe werden dann in den inneren, weißen Teil des Reiskorns befördert und dort angereichert. Weltweit leiden rund 1,6 Milliarden Menschen unter Blutarmut, davon ist ein hoher Anteil auf Eisenmangel zurückzuführen. Die ETHler sind die ersten, die den Hebel bei den zellulären Transportmechanismen der beiden Mineralstoffe ansetzten. Dazu bauten sie ein Genkonstrukt in die Reispflanzen ein, das eine Kombination von drei zusätzlichen Genen exprimiert. Eines mobilisiert das in den Vakuolen gespeicherte Eisen, das Zweite exprimiert das eisenspeichernde Protein Ferritin und das Dritte fördert die effiziente Eisen- und Zinkaufnahme durch die Wurzeln. Die neuen Pflanzen wuchsen bislang unter Laborbedingungen. Ob sich der genetisch modifizierte Reis auch im Freiland bewährt, wird deshalb im Freiland zu prüfen sein. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse im Fachjournal Plant Biotechnology.
Quelle: ETH Zürich

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Agro-Forstwirtschaft: Kaffee mit Pfeilgiftfrosch

Der Pfeilgiftfrosch Andinobates virolinensis (hier ein Männchen beim Quappentransport) wurde ausschließlich in beschatteten Kaffeeplantagen gefunden. Foto: Brüning, Senckenberg

Gemeinsam mit einem kolumbianisch-deutschen Forscherteam haben Senckenberg-Wissenschaftler die Amphibien-Vielfalt in landwirtschaftlich genutzten und ungenutzten Gebieten der Kolumbianischen Anden untersucht. In ihrer kürzlich im Fachjournal „Agriculture, Ecosystems and Environment“ erschienen Studie zeigen sie, dass die Biodiversität in den bewirtschafteten und vermeintlich minderwertigen Habitaten sogar höher sein kann, als in den unberührten Nebelwaldbereichen. Das Ergebnis hat direkte Auswirkungen auf die Schutzkonzepte der dort zahlreich vorkommenden endemischen und bedrohten Tierarten.
Quelle: Senckenberg

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Bio-Insektenspray vergrault Schadinsekten

Haben Blattläuse die Wahl zwischen Weizenkeimlingen mit (rechts) und ohne Insektenspray-Behandlung (links), so meiden sie die besprühten Keimlinge. Bilder: W. Mischko, TUM

Traditionelle Pflanzenschutzmittel gefährden Bienen und andere Insekten und beeinträchtigen die biologische Vielfalt in Böden, Seen, Flüssen und Meeren. Ein Team der Technischen Universität München (TUM) hat jetzt eine Alternative entwickelt: Ein biologisch abbaubarer Wirkstoff hält Schädlinge fern ohne zu vergiften, indem es einen Geruch verbreitet. „Statt Gift zu versprühen, das immer auch nützliche Arten gefährdet, vergrämen wir gezielt nur die Schädlinge“, erklärt Professor Thomas Brück, Inhaber des Werner Siemens-Lehrstuhls für Synthetische Biotechnologie der TUM. Vorbild war Cembratrienol, das Tabakpflanzen erzeugen. Mit Werkzeugen der Synthetischen Biotechnologie isolierte das Team diejenigen Abschnitte aus dem Genom der Tabakpflanze, die für die Bildung dieser Moleküle verantwortlich sind, baute sie in das Erbgut von Coli-Bakterien ein, die nun den gewünschten Wirkstoff herstellen. Mirjana Minceva, Professorin für Biothermodynamik, entwickelte schließlich das Verfahren, um den Wirkstoff zu isolieren. Ihre Ergebnisse publizierten die Forschenden im Fachjournal Green Chemistry.
Quelle: TUM

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Lebende Cyanobakterien-Elektrode stellt effizient Strom her

An der Ruhr-Universität testet das Team neue Elektrodentechnik zunächst in kleinem Maßstab. Foto und © RUB, Kramer

Mit einer Cyanobakterien-beschichteten Graphit-Elektrode haben Forschende der Ruhr-Universität Bochum (RUB) Elektronen aus der lichtgetriebenen Photosynthese und aus der Zellatmung im Dunklen abgeleitet und so einen Stromfluss außerhalb der Zelle generiert, wie sie im Fachjournal Nature Communications berichten. Im Gegensatz zu früheren Studien mussten die Forschenden zu ihrem System keine Moleküle für die Aufnahme oder Abgabe von Elektronen hinzufügen, sondern nutzten lediglich die in den natürlichen Zellen enthaltenen Substanzen. Die Cyanobakterien mussten sie allerdings ein wenig quetschen.
Quelle: RUB

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Neu entdeckter Regulationsprozess erklärt pflanzliche Entwicklung

In Pflanzen verteilen Leitgewebe wie diese Adern eines Feigenblattes Wasser und Nährstoffe und sorgen damit für beständiges Wachstum. Foto: Claus Schwechheimer, TUM

Neu entstandene Zellen eines Leitgewebes müssen sich jeweils an ihre Rolle im Gewebe anpassen. Woher sie wissen, zu welchem Zelltyp sie sich entwickeln sollen, hat jetzt ein Team um Professor Claus Schwechheimer, Systembiologie der Pflanzen der Technischen Universität München (TUM) und Co-Autor der Studie, herausgefunden. Der neue entdeckte, als PAX bezeichneten Regulator, hilft dabei, dass das Hormon Auxin über Transporter-Proteine aus der Zelle geschleust wird. Der PAX-Regulator könne durch ein BRX genanntes Protein gebremst werden und PAX sei umso aktiver, je mehr Auxin sich in der Zelle befinde, erklären Martina Kolb und Ulrich Hammes, die wichtige Befunde für das neue Modell lieferten. Das komplexe Zusammenspiel führt zu einem System, das sich wie ein Widerstandsregler immer wieder selbst neu einstellt. Da viele Prozesse in der pflanzlichen Entwicklung von Auxin-Transport und PAX-ähnlichen Regulatoren abhängig sind, könnte die nun im Fachjournal Nature beschriebene Regulation eine neue Kontrollebene sein, die ebenso in anderen Prozessen anwendbar sei.
Quelle: TUM

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Heilende Bananenschalen

Bananen schmecken nicht nur gut, sie heilen auch. Statt mit einem Pflaster werden in vielen Entwicklungsländern offene Wunden mit Bananenblättern oder -schalen bedeckt, selbst größere Wunden lassen sich damit erfolgreich behandeln. Ein Team von Forschenden der Jacobs University Bremen um den Chemie-Professor Dr. Nikolai Kuhnert hat nun die heilende Kraft von Bananen unter die Lupe genommen. Wie sie im Journal of Food Measurement and Characterization berichten, haben sie 70 verschiedene Inhaltsstoffe identifiziert, die für die Wundheilung verantwortlich sein könnten.
Quelle: Jacobs University Bremen

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Photosynthese-Evolution: Horizontaler Transfer der Maschinerie zwischen Bakterien

Vorläufer der Cyanobakterien haben die pflanzliche Photosynthese erfunden, aber auch heute noch sind viele Bakterien in der Lage Energie aus Licht zu gewinnen. Wie sie diese Fähigkeit erworben haben, war bislang umstritten. Mikrobiologen vom Leibniz-Institut Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ) konnten nun nachweisen, dass der horizontale Gen- beziehungsweise Operon-Transfer dabei eine entscheidende Rolle spielt. Das beschreibt ein Team von Forschenden aus Braunschweig in der Fachzeitschrift The ISME Journal. Die Photosynthese ist der wohl komplexeste Prozess, für den eine Übertragung genetischen Materials von einem Organismus in einen existierenden anderen hinein bislang beschrieben wurde. Für die Ausbildung des Photosynthese-Apparates wird eine Gruppe von über 40 Genen benötigt.
Quelle: DSZM

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Ackerbohnen von Gartenhummeln effizienter bestäubt als von Honigbienen

Der Besuch von langrüsseligen Gartenhummeln führte zu einem höheren Samenansatz und zu einer höheren Fremdbefruchtung im Vergleich zu den Besuchen von Honigbienen und Erdhummeln. Foto: Birgit Marzinzig

Der Anbau vieler Kulturpflanzen ist davon abhängig, dass sie bestäubt werden. Doch nicht alle Insekten sind dabei gleich effizient. Gartenhummeln sind mit ihren langen Rüsseln zuverlässige Bestäuber der Ackerbohne  (Vicia faba L.), während die kurzrüsseligen Hummelarten und Honigbienen weniger effektiv sind. Das haben Forschende der Universität Göttingen herausgefunden. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift Agriculture, Ecosystems & Environment erschienen. „Während Honigbienen und Erdhummeln kommerziell produziert und weltweit für die Bestäubung eingesetzt werden, entstammen die Gartenhummeln ausschließlich aus natürlichen Populationen“, sagt Dr. Catrin Westphal, Leiterin der Studie. Angesichts des anhaltenden Rückgangs von Bestäubern sollten auch Landwirte, Züchter und Saatguthersteller im eigenen Interesse vermehrt zum Erhalt und Schutz von wildlebenden langrüsseligen Hummelarten beitragen, schlussfolgern die Forscherinnen und Forscher. Das meldet die Uni Göttingen beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).
Quelle: idw

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Photosynthese - der Baum als Effizienzwunder

Sie produzieren Sauerstoff, filtern Staub und spenden Schatten: Bäume tun Menschen gut – und sorgen bestmöglich für sich selbst. Denn die grünen Riesen sind wahre Effizienzwunder. Wie gut sie ihre Ressourcen nutzen, zeigt Dr. Christiane Wittmann von der Universität Duisburg-Essen (UDE) an einem bisher wenig bekannten Gewebe. Ihre Hilfsmittel: Nadel und Spritzenkanüle. Ihre Ergebnisse veröffentlichte sie in der Fachzeitschrift New Phytologist.
Quelle: UDE

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Ur-Gerstenpopulation rekonstruiert

Zahlreiche Wildpopulationen haben in der modernen Gerste ihre genetischen Spuren hinterlassen. Auch moderne Zuchtlinien haben einen gemeinsamen Vorfahren und es gibt noch heute regen Genfluss. Doch die Kultivierung könnte vor 12.000 Jahren mit einer einzigen Population begonnen haben, berichten Forschende im Fachmagazin New Phytologist. Dazu hatten sie das Genom von 89 domestizierten Gerstensorten und von 344 Wildtypen aus dem Fruchtbaren Halbmond sequenziert. Das Portal Pflanzenforschung stellt die Studie der Düsseldorfer und Kölner Forschenden vor.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Warum Getreide besser mit Wassermangel zuerchtkommt

Die Vorgänge an einer Blattpore (Stoma) bei Gräsern. Beim Öffnen und Schließen werden Ionen im Shuttle-Transport zwischen Schließ- und Nebenzellen hin und her verschoben. Bild: Dietmar Geiger

Die Landwirtschaft erzeugt aus Gräsern 80 Prozent aller pflanzlichen Nahrungsmittel. Dieser Erfolg liegt unter anderem darin begründet, dass Gräser schneller als andere Pflanzen auf Trockenheit reagieren und Wassermangel besser überstehen können. Wie kommt die größere Toleranz der Gräser gegenüber Trockenheit zustande? Im Fachblatt Current Biology berichten Würzburger Forschende über die Regulation der Blattporen auf molekularer Ebene und verglichen dazu die SLAC1-Kanäle aus mehreren krautigen Pflanzen mit Gräsern. Dabei konnten sie den „Nitratsensor“ der Gräser identifizieren: Er besteht aus einem Motiv von zwei Aminosäuren, das in der Evolution erstmals bei Moosen aufgetreten ist, weiter optimiert wurde und den Schließzellen der Gräser einzigartige Eigenschaften verleiht. „Wir wollen nun herausfinden, ob sich dieser kleine Unterschied nutzen lässt, um auch Kartoffeln, Tomaten oder Raps stresstoleranter zu machen“, sagt Rainer Hedrich, der gemeinsam mit Professor Dietmar Geiger und Dr. Peter Ache von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) am Beispiel der Braugerste untersuchte, warum Gräser stresstoleranter sind als andere Nutzpflanzen.
Quelle: Uni Würzburg

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Wenn Symbiosen verloren gehen

Die Symbiose mit Stickstoff-fixierenden Bakterien kann Pflanzen einen ökologischen Vorteil verschaffen. Trotzdem ging diese Symbiose im Lauf der Evolution mehrfach wieder verloren, darunter auch in den Vorfahren von Kulturpflanzen wie Erdbeeren, Brombeeren oder Äpfeln. Das zeigt ein Vergleich von 37 Pflanzengenomen (Phylogenomik), die Forschende der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und des Helmholtz Zentrums München (HMGU) in Kooperation mit französischen und chinesischen Kollegen durchführten und im Fachmagazin Science publizierten.
Quelle: LMU

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Europas letzte Urwälder kartiert

Die letzten Urwälder in Europa. Copyright: Esri, HERE, Garmin, OpenStreetMap contributors, GIS user community

Die erste Karte der letzten Urwälder Europas haben Forschende des Geografischen Instituts der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) erarbeitet. Diese zeigt, wo mehr als 1,4 Millionen Hektar solcher Wälder in 34 Ländern noch zu finden sind. „Dass diese Wälder noch niemals von Menschen betreten wurden, ist in Europa wohl kaum vorstellbar“, erklärt Dr. Francesco Maria Sabatini, Koordinator der Studie, die jetzt in der Zeitschrift Diversity & Distributions veröffentlicht wurde. „Es handelt sich vielmehr um Wälder, in denen der menschliche Einflusses sehr gering ist, in denen ökologische Prozesse also noch weitestgehend natürlich ablaufen.“ Das teilt die HU beim Informationsdienst Wissenschaft (idw) mit.
Quelle: HU Berlin

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Mais warnt Nachbarpflanzen wenn es eng wird

Da Pflanzen immobil sind, ist der Austausch von Informationen über ihre Umwelt für sie lebenswichtig. Jetzt haben Forschende im Fachjournal PLoS ONE beschrieben, dass Mais Stoffe über seine Wurzeln ausscheidet, um die Enge über dem Boden mitzuteilen. So kann er das Wachstum der Nachbarpflanzen beeinflussen. Über die Studie berichtet das Portal Pflanzenforschung.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Genetische Vielfalt schützt vor Krankheiten

Die Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme zeigt zwei Filamente von Cyanobakterien in 6000-facher Vergrößerung. Das untere Bakterium ist infiziert. Bild: Reingard Roßberg / IGB

Nicht der Fitteste überlebt, sondern Vielfalt ist Trumpf: Einem Team von Forschenden des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) ist es gelungen, experimentell nachzuweisen, dass genetische Diversität Populationen zu einer besseren Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten verhilft.
Quelle: IGB

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Raubzüge ins Rapsfeld

Bereichert Agrarlandschaften: Eine junge Blühfläche in voller Blüte. Foto: Fabian Bötzl

Man kann die Schädlinge klein halten, indem man ihren natürlichen Feinden hilft. Dazu gehören zum Beispiel Laufkäfer, Spinnen und andere räuberische Insekten, die am Boden leben. Aber wie kann man die Feinde der Rapsfresser in der modernen Agrarlandschaft stärken? Ein Forschungsteam der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) hat herausgefunden, dass dies vergleichsweise einfach möglich sein müsste mit Hilfe von Blühflächen und anderen sogenannten Agrarumweltmaßnahmen. Diese seien den Landwirten vom Staat vorgeschrieben und auf den Fluren in Deutschland auch relativ gut etabliert. Es sei aber nötig, die Maßnahmen noch planvoller und strategischer einzusetzen, berichtet das Forschungsteam im Journal of Applied Ecology. Diese Ergebnisse hat das Forschungsteam auf 31 Studienflächen in der Umgebung von Würzburg erarbeitet. Dazu untersuchte es die Effekte von älteren und jüngeren Blühflächen, von ökologischen Vorrangflächen und von natürlichen Kalkmagerrasen.
Quelle: JMU

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Ökologie: Kakao optimal beschatten

Optimale Beschattung für besseren Kakaoertrag: Ein Schattenbaum taucht eine Kakaoplantage in Dämmerlicht. Foto: Wilma Blaser, ETH Zürich

Weil Schokolade immer beliebter wird, steigt die Nachfrage nach Kakao. Damit die Produktion Schritt halten kann, muss der Anbau nachhaltiger werden. Forschende der Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich) haben nun untersucht, was Schattenbäume dazu beitragen können: Bei einem Beschattungsgrad von rund 30 Prozent wirken sich die Schattenbäume in den Plantagen im Vergleich mit Flächen ohne Bäume überwiegend positiv aus: Schädlinge und Pflanzenkrankheiten werden optimal in Schach gehalten. Die Bodenfeuchtigkeit erreicht ihr Maximum. Der temperatursenkende Effekt, die Zahl der Tier- und Pflanzenarten in der Pflanzung sowie die Kohlenstoff-Fixierung steigen mit zunehmendem Schatten stetig an. Und der Kakao-Ertrag wird bis zu einem Beschattungsgrad von rund 30 Prozent nur wenig beeinträchtigt. Mehr Schatten schmälert jedoch den Ertrag, weil zusätzliche Bäume mit den Kakaobäumen stärker um Licht, Wasser oder Nährstoffe konkurrieren. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachmagazin Nature Sustainability.
Quelle: ETH Zürich

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Algenfahrstuhl in die Tiefsee

Gipskristalle unter dem Mikroskop. Das Gips von von Wissenschaftler auf einer Poalrsternexpedition entdeckt. Es sorgt für einen schnellen Abtransport von Phytoplankton in die Tiefsee. Foto: Jutta Wollenburg, AWI

Winzige Gipsnadeln können Algen so schwer machen, dass diese im Eiltempo absinken und auf diesem Weg große Mengen an Kohlenstoff in die Tiefsee transportieren. Dieses Phänomen haben Experten des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) erstmals in der Arktis beobachtet. Durch diesen massiven Algen-Abtransport könnten künftig dem Oberflächenwasser auch große Mengen an Nährstoffen verloren gehen, folgert das Team um Meeres-Biogeologin Dr. Jutta Wollenburg in der Fachzeitschrift Scientific Reports.
Quelle: AWI

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Stärkstes Biomaterial der Welt schlägt Stahl und Spinnenseide

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme der fertigen Faser. Bild: Nitesh Mittal, KTH Stockholm

An DESYs Röntgenlichtquelle PETRA III hat ein Forscherteam unter schwedischer Führung das stärkste Biomaterial hergestellt, das je produziert worden ist. Die biologisch abbaubaren künstlichen Zellulosefasern sind stärker als Stahl und sogar als die noch stärkere Spinnenseide, die gemeinhin als das stärkste biologische Material gilt. Mit einer neue Produktionsmethode haben die Forscher die herausragende Eigenschaften von Nanomaterialien erfolgreich in die Alltagswelt übertragen. Das Team um Daniel Söderberg von der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) Stockholm stellt seine Arbeit im Fachblatt „ACS Nano“ der US-amerikanischen Chemischen Gesellschaft (ACS) vor.
Quelle: DESY

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Misteln leben energiesparend

Immergrüner Mistel auf einem Wirtsbaum. Foto: Etienne Meyer, MPI-MP, Potsdam

Um die Mistel ranken sich zahlreiche Mythen. Der Legende nach bleiben Pärchen, die sich unter ihr küssen ein Leben lang zusammen. Im Comic Asterix dient sie als Hauptzutat des magischen Zaubertranks. Wie so oft spielen allerdings im wirklichen Leben Romantik und Magie keine Rolle. Stattdessen ist die Laubholz-Mistel ein immergrüner Parasit, der seinem Wirt Wasser und Nährstoffe stiehlt. Ein Team von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie und vom John-Innes-Center in Norwich hat nun festgestellt, dass ihr parasitischer Lebensstil sogar zu einem evolutionären Verlust lebenswichtiger Zellkomponenten, die zur Energieproduktion benötigt werden, geführt hat, wie sie im Fachmagazin Current Biology berichten.
Quelle: MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie

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Wie das fleischfressende Wasserrad zuschnappt

Das Wasserrad trägt seinen Namen aufgrund der Blätter, die wie Speichen an einem Rad abstehen. Foto: Plant Biomechanics Group, Uni Freiburg

Biologen und Bauingenieurinnen haben die schnelle Bewegung analysiert, mit der die fleischfressende Pflanze Wasserrad (Aldrovanda vesiculosa) ihre Beute fängt. Demnach biegt sich die Mittelrippe des zur Schnappfalle umgebildeten Laubblatts minimal nach unten durch, die Fallenhälften klappen zu, und der Wasserfloh kann nicht mehr entrinnen. Wie dies im Detail abläuft, hat ein Team um Anna Westermeier, Dr. Simon Poppinga und Prof. Dr. Thomas Speck von der Plant Biomechanics Group am Botanischen Garten der Universität Freiburg erstmals im Fachjournal Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences aufgezeigt.
Quelle: Uni Freiburg

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Mischwälder sind produktiver als Monokulturen

Mischwälder mildern den Klimawandel, weil sie länger und besser Kohlendioxid speichern. Foto: L. Steinacker, TUM

In einer Meta-Analyse haben Forschende die Fakten über Mischwald-Produktivität für Wissenschaft und Waldbau zusammengetragen. Demnach sind Mischwälder auf allen fünf Kontinenten und besonders in niederschlagsreichen Regionen produktiver als Monokulturen. Dieses Ergebnis einer internationalen Überblicksstudie, die im Journal Biology Letters der British Royal Society erschien, hat weltweit Relevanz für die Forstwissenschaft und Forstwirtschaft. An der Studie waren auch Forschende der Technischen Universität München (TUM) beteiligt.
Quelle: TUM

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Energiespeicherung von Kieselalgen entschlüsselt

Die Kieselalge Phaeodactylum tricornutum. Foto: Uni Konstanz

Wie Algen Energie „auf Umwegen“ speichern, haben  Biologinnen und Biologen um Prof. Dr. Peter Kroth, Professor für Ökophysiologie der Pflanzen an der Universität Konstanz, in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences USA dargelegt. Demnach verfolgten sie die Energiespeicherung im Inneren der Kieselalge Phaeodactylum tricornutum von den Chloroplasten bis hinein in die Vakuolen und identifizieren dabei das dafür notwendige Enzym. Das Glucansynthase genannte Enzym befindet sich in der Vakuolen-Membran. Die Forschenden zeigten außerdem auf, welch weitreichende Auswirkungen eine Hemmung der Speicherung von Kohlenhydraten (Zuckern) auf die Photosynthese in Form des zwischengelagerten Produktes Chrysolaminarin jener Algen hat.
Quelle: Uni Konstanz

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Photosynthese und Atmung könnten parallel entstanden sein

Die Hypothese zur synchronistischen Evolution von Autotrophie und Heterotrophie geht davon aus, dass die gegenläufigen Prozesse zeitgleich entstanden sein müssen. Abbildung: Dr. Kirstin Gutekunst

Eine Kieler Pflanzenforscherin leitet in der neuen Ausgabe des Fachjournals Trends in Biochemical Sciences die These her, das Photosynthese und Atmung (also Autotrophie und Heterotrophie) im Laufe der Evolution parallel entstanden sein könnten und nicht nacheinander. In der Evolutionsforschung diskutieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit seit langem darüber, welche der beiden grundlegenden Stoffwechsel-Strategien sich zuerst entwickelte. Dr. Kirstin Gutekunst, wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Arbeitsgruppe Physiologie und Biotechnologie der pflanzlichen Zelle am Botanischen Institut der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), schlägt nun vor, dass beide Entwicklungen möglicherweise gleichzeitig und parallel entstanden sind.
Quelle: Uni Kiel

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Mistelpflanzen atmen ohne NADH-Dehydrogenase

Früchte der Mistel (Viscum album) im Botanischen Garten des KIT in Karlsruhe. Bild: Llez, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons

Ein Team hat einen Atmungsmechanismus entdeckt, der bislang als ausgeschlossen galt. Die Forschenden um Prof. Hans-Peter Braun und Dr. Jennifer Senkler vom Institut für Pflanzengenetik der Leibniz Universität Hannover hat gemeinsam mit der Medizinischen Hochschule Hannover im Fachjournal Current Biology beschrieben. Demnach fehlt dem Halbparasit Mistel ein Enzymkomplex, der bislang als absolut bedeutend und unentbehrlich für die Zellatmung vielzelliger Lebewesen eingestuft wurde: der so genannte NADH-Dehydrogenase-Komplex (auch als "Komplex I" der Atmungskette bezeichnet). Das Fehlen des "Komplexes I" hat eine weitreichende Umgestaltung der Atmungskette in der Mistel zur Folge. Warum es der Mistel gelingt, ihren Atmungsprozess ohne die im Energiehaushalt als zentral geltende NADH-Dehydrogenase zu bestreiten, muss allerdings noch weiter geklärt werden.
Quelle: Uni Hannover

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Gene der Blüten von Barcode reguliert

Auch für Gene ist das richtige Timing entscheidend. In dieser genetisch veränderten Arabidopsis-Pflanze sind beispielsweise die Gene für die Blütenbildung zu früh aktiv. Dadurch bildet er schon kurz nach dem Keimen eine Blüte. Foto und © Turck, MPI f. Pflanzenzüchtungsforschung

Ein Pflanzenstängel darf nicht auf das genetische Programm für das Wurzelwachstum zurückgreifen. Er braucht mit der Zeit aber das Programm für die Bildung von Blütenblättern, um Samen hervorzubringen. Forschende vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln haben untersucht, wie Pflanzenzellen dafür sorgen, dass alle Gene, die für eine Aufgabe gebraucht werden, bei Bedarf zeitgleich mobilisiert werden und nicht benötigte Gene stillgelegt werden. Ihre Ergebnisse zeigen, dass Pflanzenzellen ihre Blüten-Gene mit Hilfe eines DNA-bindenden Proteins stilllegen, das auch die Enden der Chromosomen stabilisiert und das Ablesen anderer Gene befeuert. Ein genetischer Barcode zeigt dem Protein, welche der drei Aufgaben ansteht. Protein und Barcode sind demnach ein wichtiger Vermittler epigenetischer Prägung und entscheiden mit über das Schicksal der Pflanzenzelle, schreiben die Forschenden im Fachjournal Nature Genetics.
Quelle: MPG

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Luftreinhaltung macht bessere Böden in Europas Wäldern

Elisabeth Graf Pannatier liest die Menge des gesammelten Bodenwassers ab, dessen Gehalt an Sulfat, Nitrat, Kalzium, Magnesium und Aluminium im Labor analysiert wird. Foto: Reinhard Lässig, WSL

Der Gehalt an Sulfat, Nährstoffen und Aluminium im Sickerwasser europäischer Waldböden ist aufgrund abnehmender Schwefelemissionen zurückgegangen. Dies zeigt eine in der Zeitschrift Global Change Biology veröffentlichte Studie unter Beteiligung der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL).
Quelle: WSL

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Neues zur Ankunft des Weizens in China

Verkohlte Weizenkörner vom Fundplatz Zhaojiazhuang, Provinz Shandong, VR China (2460-2200 v. Chr.). Quelle: Deutsches Archäologisches Institut Peking

Gleich zwei traditionelle Hypothesen zur Weizenverbreitung in China haben Forschende nun widerlegt: Denn Weizen erreichte Chinas Osten rund 2600 Jahre v. Chr., berichtet ein internationales Forscherteam um die Außenstelle Peking des Deutschen Archäologischen Instituts im Fachjournal Nature Plants. Wahrscheinlich gelangte Weizen über die eurasischen Steppen in den chinesischen Siedlungsbereich und wurde vermutlich zuerst von den Eliten am Unterlauf des Gelben Flusses konsumiert.
Quelle: Deutsches Archäologisches Institut

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Ist Evolution vorhersagbar?

Für die Experimente kultivieren die Forscher die Grünalge Chlorella variabilis in Glasflaschen, die kontinuierlich von neuem Nährmedium durchströmt werden. Foto und © L. Becks, MPG

Ein evolutionäres Wettrüsten kann zwar zu den gleichen Eigenschaften führen, die zugehörigen Gene entwickeln sich jedoch unterschiedlich. Das haben Forschende Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön herausgefunden. Wenn die einzellige Grünalge Chloralla variabilis und ihr für sie tödlicher Kontrahent, das Chlorovirus, miteinander ringen, kommt in verschiedenen identischen Versuchen immer wieder das Gleiche raus: Nach wiederholten Phasen des Zusammenbruchs und der Wiederbesiedelung sind die meisten Algenzellen in jedem Versuch gegen den Erreger resistent. Den Forschenden zufolge kann Evolution bei gleichen Startbedingungen ähnlich verlaufen und dieselben Eigenschaften hervorbringen. Ganz anders das Erbgut: In jeder Wiederholung tragen die Algen unterschiedliche Mutationen. Die Forschenden zeigen damit im Fachmagazin Nature Communications, dass die Evolution neuer Eigenschaften parallel verlaufen kann, selbst wenn sich die zugrundeliegenden Gene unterschiedlich entwickeln.
Quelle: MPG

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Neue Methode für präzise Analyse von Proteinfunktionen

Es ist relativ schwierig, Maisproteine unter natürlichen Bedingungen zu untersuchen. Für viele molekularbiologische Methoden ist diese Pflanze schwer oder gar nicht zugänglich. Mit einem Pilzpathogen als Trojanisches Pferd ist das nun beispielhaft für ein wichtiges Signalprotein der Blütenentwicklung gelungen. Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung der Universitäten Köln und Regensburg hat jetzt die neue Methode im Fachjournal The Plant Cell beschrieben. Das Portal Pflanzenforschung stellt die Studie vor.
Quelle: Pfanzenforschung.de

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Algen sind arktische Anpassungskünstler

AWi-Biolginnen nehmen Proben am Kongsfjord, Spitzbergen. Foto: Paolo Verzone, AWI

Mikroalgen-Gemeinschaften in Küstengewässern bleiben unter variablen Umweltbedingungen produktiv. Auch wenn das Wasser saurer wird und sich das Licht oder die Temperaturen ändern, scheinen verschiedene arktische Mikroalgen-Gemeinschaften ihre Produktivität und Artenzusammensetzung beizubehalten. Das ist das Ergebnis einer Studie von Forschenden des Alfred-Wegener-Instituts (AWI), die sie jetzt gemeinsam mit kanadischen Kollegen vorab online in der Fachzeitschrift Nature Climate Change veröffentlichen. Doch ob sich die Nahrungsgrundlage von Robben, Walen und kommerziell genutzten Fischarten in der Arktis insgesamt dem globalen Wandel anpassen kann, bleibt weiter zu erforschen.
Quelle: AWI

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Verschiedene Bäume unterstützen sich gegenseitig

Eine höhere Biodiversität bewirkt eine höhere Produktivität, auch im Wald. Warum das so ist, haben Forschende nun in einem groß angelegten Experiment in China untersucht und geklärt. Die Ergebnisse bestätigen, dass Biodiversität ein bedeutender ökonomischer Faktor für die Forstwirtschaft ist. Das Portal Pflanzenforschung stellt die im Fachjournal Nature Communications erschienene Studie vor.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Pflanzenvorläufer besaßen bereits Stress-Signalwege

Die untersuchte Sternalge Zygnema circumcarinatum im Lichtmikroskop. Aufnahme: Jan de Vries

Der Landgang stellte die Vorläufer der Pflanzen vor rund 510 Millionen Jahren vor große Herausforderungen. Wie Forschende nun herausfanden besaßen bereits sog. streptophytischen Grünalgen, die engsten Vorläufer der Pflanzen, Stress-Signalwege, die bislang nur von Pflanzen bekannt waren. Sie machen das Überleben an Land überhaupt erst möglich; Landpflanzen mussten diese Fähigkeiten also nicht selbst entwickeln. Die Algen ebneten damit den Landgang der Pflanzen. Bei der Sternalge Zygnema circumcarinatum fanden die Forschenden sogar einen potenziellen Rezeptor für das klassische pflanzliche Stresshormon Abscisinsäure. An diesen Rezeptor koppelt die Abscisinsäure und setzt damit die pflanzliche Stressantwort in Gang. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forschenden der kanadischen Dalhousie University im kanadischen Halifax um Dr. Jan de Vries und Dr. Sven Gould vom Institut für molekulare Evolution der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) nun in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Quelle: HHU

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Biodiversitätsgerechter Kakaoanbau

Hat gemeinsam mit anderen den biodiversitätsgerechten Kakaoanbau in einem Buch zusammengefaßt: Bea Maas

Indonesien gehört zu den weltweit wichtigsten Kakao-Produzenten. Seit vielen Jahren erforschen Ökologen zusammen mit Kollegen und Kakaobauern aus Indonesien den Anbau in Agroforstsystemen. Diese Landnutzungsform sichert nicht nur die Existenz von Millionen von Kleinbauern, sie hat auch den Vorteil großer biologischer Vielfalt. Vögel und Fledermäuse sind hier zum Beispiel reich vertreten und fressen Schädlinge, was zu höheren Ernten führt. Diese und andere Erkenntnisse haben die Wissenschaftler nun in einem zweisprachigen Buch zusammengefasst, um zu einem besseren Verständnis vom Management im Kakaoanbau vor Ort beizutragen. Federführend ist die Agrarökologin Dr. Bea Maas von an der Universität Göttingen, die auch als Tropenökologin am Department für Biodiversitätsforschung der Universität Wien forscht.
Quelle: Uni Göttingen

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Bakterien-Dressur im Wurzelraum

In unterschiedlichen Entwicklungsphasen sondern Pflanzen über ihre Wurzeln unterschiedliche Nährstoffe ab. Damit beeinflussen sie, welche Gruppen von Bakterien dort dominieren. Auf diese Weise profitieren sie ihrerseits von deren Stoffwechselprodukten. Das haben Forschende im Fachjournal Nature Microbiology berichtet. Über die Studie berichtet das Portal Pflanzenforschung.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Ohne Chemie: RNA-„Impfung“ gegen Krankheitserreger und Schädlinge

Pflanzenschutzmittel können teils erhebliche Kollateralschäden verursachen. Oft führen sie zu Resistenzen bei Erregern und Schädlingen. Forschende haben nun eine Impfung für Pflanzen entwickelt, die gegenüber herkömmlichen Mitteln gleich mehrfach punktet. Für die Zulassung fehlen jedoch noch die rechtlichen Rahmenbedingungen, berichtet das Portal Pflanzenforschung über eine im Fachjournal Plant Biotechnology erschienene Studie.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Nur Ökolandbau allein gefährdet Naturschutzziele

Die ökologische Landwirtschaft alleine würde beim künftigen Bedarf an Nahrungsmitteln global gesehen zu viel Fläche beanspruchen und so natürliche Habitate gefährden, meint Agrarökonom Prof. Matin Qaim von der Universität Göttingen. Er plädiert für eine Kombination aus ökologischen und konventionellen Anbautechniken. Auch genmodifizierte Pflanzen sollten hier nicht ausgeschlossen werden. Wieso dies selbst bei einer gerechteren Verteilung von Lebensmitteln und Ressourcen schonender Ernährungsweise zutrifft, und wie eine nachhaltige Intensivierung praktisch aussehen kann, erklärt Qaim dem Netzwerk für Biodiversitätsforschung (NeFo), das ihn anlässlich der Pressemitteilung der Uni Göttingen (siehe: DBG Meldung hier) interviewte.
Quelle: NeFo

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Wälder beeinflussen maßgeblich globalen Quecksilber-Kreislauf

Die Messstation des Französischen Polarinstituts Paul- Émile-Victor auf der Insel Amsterdam (Frankreich, Indischer Ozean). Foto: Isabelle Jouvie

Pflanzen und ihre Blätter sind vermutlich maßgeblich daran beteiligt, dass menschengemachte Emissionen des schädlichen Quecksilbers abgefangen werden – das zeigt eine neue Studie in der Fachzeitschrift Nature Geoscience, an der Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) beteiligt sind. Das internationale Team aus Forschenden des Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), des HZG und weiteren Forschungseinrichtungen veröffentlichte die Studie jetzt in der Fachzeitschrift Nature Geoscience.
Quelle: HZG

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Pilz dient als Trojanisches Pferd in Nutzpflanzenforschung

3D-Darstellung eines mit dem Pilz Ustilago maydis infizierten Mais-Staubbeutels. Maiszellen sind in grau dargestellt, Ustilago maydis-Hyphen sind rot gefärbt. Aufnahme und © Dr. Karina van der Linde

Ein internationales Forscherteam um Dr. Karina van der Linde vom Lehrstuhl für Zellbiologie und Pflanzenbiochemie der Uni Regensburg hat eine neue Methode entwickelt, um Maisproteine effizienter unter natürlichen Bedingungen studieren zu können. Inspiriert wurden die Forschenden dabei von der homerischen Sage vom Trojanischen Pferd. Als solches diente der Pilz Ustilago maydis, der Mais als natürlicher Schädling infiziert. Im Gegensatz zu Mais ist er leicht für molekularbiologische Methoden zugänglich. Das Team schleuste mittels eines modifizierten Ustilago maydis-Stammes das Maisprotein ZmMAC1 in spezifische Gewebeschichten der männlichen Maisblüte ein. Auf diese Weise konnte es zeigen, dass ZmMAC1 die Teilung von Maisblütenstammzellen anregt und auch deren weitere Entwicklung steuert. Die Studie wurde jetzt in der Fachzeitschrift The Plant Cell publiziert. In Zukunft soll die „Trojanische-Pferd“-Methode genutzt werden, um schnell und kostengünstig verschiedenste Maisproteine auf ihre Funktion in der pflanzlichen Blütenentwicklung zu testen.
Quelle: Uni Regensburg

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Krabbenspinnen nützen Kreuzblütengewächs

Sitzen Krabbenspinnen auf den Blüten, halten sie neben Bienen auch Schädlinge vom Besuch ab. Foto: Anina C. Knauer

Der Feind meines Feindes ist mein Freund. Dass dieses Prinzip auch für die Interaktionen zwischen Krabbenspinnen und einem Kreuzblütengewächs gilt, haben Forschende der Universität Zürich (UZH) nun in der Fachzeitschrift Nature Communications gezeigt. Wie Anina Knauer und Florian Schiestl, UZH-Professor am Institut für Systematische und Evolutionäre Botanik herausfanden, fressen und vertreiben die Spinnen zwar nützliche Bestäuberinsekten wie Bienen. Sie werden von dem Glatt-Brillenschötchen, ein in Europa verbreitetes, gelbes Kreuzblütengewächs, aber mit einem Duftstoff zu Hilfe gerufen, sobald Frassinsekten die Blüten befallen. Die Krabbenspinnen nützen also den Pflanzen. Dieser Nutzen ist offenbar so groß, dass die Pflanzen nach einem Befall mit Fraßinsekten den Duftstoff, der die Spinnen anlockt, in größerer Menge abgeben. Dieser „Hilferuf“ zeigt Wirkung: Die Spinnen besuchen daraufhin besonders oft die befallenen Blüten, wo sie reiche Beute vorfinden.
Quelle: UZH

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Energie aus „gebrauchten“ Aminosäuren

Fast alle Pflanzen sind vom Licht abhängig, um mit der Photosynthese Energie zu gewinnen. Was macht aber eine Pflanze, wenn das Licht ausgeht? In solchen „Hungersituationen“ bauen sie kurzerhand ihre Enzyme ab und nutzen die Komponenten zur Energiegewinnung. Über die im Fachjournal Plant & Cell Physiology erschienene Studie berichtet der Portal Pflanzenforschung.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Effekte des Ökolandbaus auf Klima, Umwelt und Gesundheit

Reisanbau in Indonesien. Foto: Stefan Schwarze

Nur die Kombination von ökologischen und konventionellen Anbautechniken kann eine global nachhaltige Landwirtschaft garantieren. Das haben Forschende der Uni Göttingen belegt. Die Agrarökonomen untersuchten den Einfluss des Ökolandbaus auf Umwelt, Klima und Gesundheit in unterschiedlichen Teilen der Welt. Wie sie herausfanden, benötigt der Anbau von Biolebensmitteln zu viel Ackerfläche, um sich weltweit positiv auf die Artenvielfalt auswirken zu können. Zudem ist er in ärmeren Ländern zur Ernährungssicherung ungeeignet. Ihre Ergebnisse pubnlizierte das Team um Prof. Dr. Matin Qaim im Fachjournal Annual Review of Resource Economics.
Quelle: Uni Göttingen

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Pflanzenvielfalt auf Berggipfeln steigt immer schneller

Den Gegenblättrigen Steinbrech (Saxifraga oppositifolia) entdeckten die Forschenden auf 145 Gipfeln. Sie ist die höchste Art der Alpen, wahrscheinlich sogar Europas und ist nur wenig unterhalb 4500 m zu finden. Foto: Veronika Stöckli

Heute wachsen auf Berggipfeln deutlich mehr Pflanzenarten als noch vor 100 Jahren. Viele Studien haben bereits Hinweise darauf geliefert, dass dies mit der Erwärmung der Klimas zusammenhängt. Doch ein direkter Zusammenhang zwischen steigenden Temperaturen und zunehmender Artenzahl konnte bisher nicht großflächig nachgewiesen werden. Forschenden um Prof. Dr. Manuel Steinbauer von der Uni Erlangen (FAU) und Dr. Sonja Wipf vom schweizerischen Institut für Schnee und Lawinenforschung (SLF) ist es zusammen mit Forschenden aus elf Ländern gelungen, erstmals zu beweisen, dass die Artenvielfalt auf Berggipfeln in ganz Europa ansteigt und dass dies immer schneller geschieht. Ihre Ergebnisse publizierten sie im Fachjournal Nature. Steinbauer hatte im Jahr 2015 den Wilhelm Pfeffer-Preis der DBG erhalten.
Quelle: FAU

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Wie die Chlorophyll-Synthese reguliert wird

Wie die Synthese von Chlorophyll reguliert wird, haben Forschende der Humboldt-Universität zu Berlin nun im Fachmagazin Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A. dargelegt. Dazu untersuchte den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt der Chlorophyllsynthese, die mit dem ersten Enzym des Stoffwechselweges, der Glutamyl-tRNA Reduktase (GluTR), erfolgt. Nach den Erkenntnissen von Dr. Peng Wang, Mitarbeiter der Arbeitsgruppe Pflanzenphysiologie von Prof. Bernhard Grimm, übt das Chlorplasten-Signalerkennungspartikel SRP43 Chaperon-Eigenschaften auf das Enzym GluTR aus.
Quelle: HU Berlin

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Der Nitrogenase auf der Spur

Nitrogenase-Enzym. Quelle: Oliver Einsle

Die molekularen Mechanismen der biologischen Fixierung von Stickstoff durch das Enzym Nitrogenase sind ein Stück weiter aufgeklärt: Wie Freiburger Forschende zeigten, kann der Eisen-Vanadium-Cofaktor (FeVco) des Enzyms ein einzelnes Schwefelion abgeben und wieder binden. Die Forscherinnen und Forscher konnten bereits zuvor teilweise das Zentrum einer anderen Nitrogenase, den Eisen-Molybdän-Cofaktor (FeMoco), analysieren. Um dessen Reaktionen noch besser zu verstehen, untersuchte Schiller eine besondere Variante des Enzyms, die statt Molybdän das Element Vanadium enthält, was zu einer Reihe leicht veränderter chemischer Eigenschaften führt. Wenn FeVco das Schwefelion abgibt, wird die Bindestelle für Stickstoff freigelegt. Zwei Aminosäuren, als Teile des Proteins, stehen dann bereit, um die für die Reaktion benötigten Protonen zu liefern und die umgesetzte Stickstoffverbindung präzise am Platz zu halten. Dr. Daniel Sippel aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Oliver Einsle am Institut für Biochemie der Universität Freiburg hat die Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe des Fachjournals Science vorgestellt.
Quelle: Uni Freiburg

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News · Forschungsergebnis

Pestizide machen Bienen das Lernen schwer

Hohe Dosen ein neues Pestizids beeinflussen Geschmackswahrnehmung, Lernen und Gedächtnis von Honigbienen negativ. Foto: Ricarda Scheiner, Uni WÜrzburg

Wissenschaftlerinnen der Uni Würzburg haben den Einfluss eines neuen Pestizids Flupyradifuron auf die Honigbiene untersucht. Hoch dosiert zeigt es einen negativen Einfluss auf die Geschmackswahrnehmung und das Lernvermögen der Tiere, berichten die Forschenden im Fachmagazin Nature Scientific Reports.
Quelle: Uni Würzburg

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News · Forschungsergebnis

21 Millionen chinesische Kleinbauern bringen mehr Ertrag und bessere Ökobilanz zusammen

Bäuerliche Kleinbetriebe sind für einen großen Teil der globalen Nahrungsproduktion verantwortlich. Mit den richtigen Anbaupraktiken können sie Erträge und die Ökobilanz noch deutlich verbessern. Wie sich ein solches Wissen verbreiten und in die Praxis umsetzten lässt, haben Forschende in China erfolgreich erprobt. Über die im Fachmagazin Nature erschienen Studie berichtet das Portal Pflanzenforschung.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Sensoren messen Ökosystem-Veränderungen durch eingeschleppte Akazien

Typische Küstendünen mit in Portugal heimischen Arten, vor allem Stauracanthus, Portugiesische Krähenbeere, Zistrosen und Kiefer. Foto: André Große-Stoltenberg

Forschende haben erstmals den gesamten Akazienbestand in einem mediterranen Dünen-Ökosystem in Portugal und die damit einhergehenden Veränderungen des Nährstoffgehalts mit hoher Genauigkeit kartiert. Dazu nutzte das Team mit Forscherinnen und Forschern aus Münster, Hamburg, Freiburg und Bielefeld hoch aufgelöste Flugzeug-Sensordaten. „Die Langblättrige Akazie verändert sehr sensible und artenreiche Dünen-Ökosysteme im Südwesten Portugals grundlegend“, unterstreicht Landschaftsökologe Dr. André Große-Stoltenberg von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU), Erstautor der Studie. „Sie ist eine der größten Bedrohungen für die einheimische Pflanzenvielfalt." Ihre Ergebnisse haben die Forschenden im Fachjournal Remote Sensing of Environment veröffentlicht.
Quelle: WWU

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Neues Aminosäurederivat macht Pflanzen resistent

N-Hydroxypipecolinsäure (rechts) stimuliert die SAR der Ackerschmalwand, so dass sie immun gegen verschiedene Pflanzenpathogene wie die Blattflecken-Erreger oder den falschen Mehltau gemacht werden. Grafik: Jürgen Zeier

Ein Biologen-Team fand ein Aminosäurederivat, das im pflanzlichen Immunsystem eine zentrale Rolle spielt. Wie die Düsseldorfer um Prof. Dr. Jürgen Zeier vom Institut für Molekulare Ökophysiologie der Pflanzen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) zeigen, wird Pipecolinsäure in der Pflanze durch die FMO1-Monooxygenase zur N-Hydroxypipecolinsäure umgesetzt, die als aktives Derivat den SAR-Zustand auslöst, also die systemisch erworbene Resistenz. Bereits eine geringe Menge an N-Hydroxypipecolinsäure – über das Erdsubstrat verabreicht – reicht aus, um sie praktisch vollständig vor Infektionen mit dem bakteriellen Blattflecken-Erreger Pseudomonas syringae oder dem falschen Mehltau Hyaloperonospora arabidopsidis zu schützen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift Cell.
Quelle: HHU

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Wie Tomaten den Parasiten Teufelszwirn erkennen und bekämpfen

Der Teufelszwirn ist eine parasitäre Pflanze, die vollständig auf Kosten ihrer Wirte lebt. Werden Nutzpflanzen befallen, sind oft hohe Ertragseinbußen die Folge. Forschende haben nun einen Rezeptor in Tomatenpflanzen gefunden, der den Teufelszwirn erkennt und Abwehrreaktionen auslöst, wie sie im Fachjournal Science beschreiben. Das Rezeptorgen lässt sich auch auf bislang wehrlose Pflanzen übertragen und macht sie widerstandsfähiger gegen den Parasiten, meldet das Portal Pflanzenforschung.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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News · Forschungsergebnis

Bäume ‚kommunizieren’ beim Wachsen mit ihren Nachbarn

Baumdiversitäts-Experiment BEF-China, September 2016. Foto: Goddert von Oheimb, TU Dresden

In einer artenreichen Nachbarschaft wachsen Bäume meist entschieden besser als etwa in Monokulturen. Das haben jetzt Forschende eines Verbundes nachgewiesen, dem auch die Leuphana Universität Lüneburg und die TU Dresden angehören. Überrascht waren die Froschenden, dass sich die Bäume in unmittelbarer Nachbarschaft sogar gegenseitig unterstützen können. Sie wachsen unter solchen Bedingungen nicht nur schneller, sondern produzieren auch noch mehr Holz. Die Entdeckung dieses Zusammenhangs könnte weitreichende Folgen für Naturschutz und Forstwirtschaft haben, davon sind die Autoren der Studie überzeugt. Ihre Forschungsergebnisse sind jetzt in der international renommierten Zeitschrift Nature Communications erschienen.
Quelle: Leuphana Universität Lüneburg

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Kommunikation per Kalziumwelle

(B) Mit Hilfe elektrophysiologischer Methoden konnte erstmals der Auxintransport in Epidermiszellen der Wurzel gemessen werden. Die Grafik zeigt einen drei Tage alten Arabidopsis-Keimling. Die Ausschnittsvergrößerung zeigt den Einstich der Messelektrode in eine noch junge Wurzelhaarzelle. Eine Mikropipette ermöglicht die dosierte Applikation des Hormons. (C) Die Applikation von Auxin führt zur Aktivierung des Protonen-gekoppelten Transports von Auxin und dadurch zu einer Depolarisation des Membranpotentials der Wurzelhaarzelle (schwarze Spur). Mutanten, denen der Auxin-Transporter (rote Spur), der Auxin-Rezeptor (grüne Spur) oder ein Calcium-Ionenkanal (blaue Spur) fehlen, zeigen diese Antwort nicht. Grafiken: Dirk Becker

Eine Studie deutet darauf hin, dass lokale Auxin-Signale mit Hilfe von Kalzium-Wellen über lange Strecken kommuniziert werden, um in weit entfernt lokalisierten Zielzellen ebenfalls ein Auxin-Signal zu generieren. Wie Erstautor Julian Dindas durch eine direkte Mikro-Injektion von IAA in das Wurzelhaar nachweisen konnte, sendet eine mit Auxin behandelte Zelle nicht nur ein Kalzium-Signal aus. Vielmehr setzt sie eine sich selbst verstärkende Kalzium-Welle in Gang. Fluoreszenzmikroskopische Untersuchungen zeigten ihm, dass diese Kalzium-Welle bereits innerhalb weniger Minuten die Wurzelspitze erreicht. Das haben Forschende der Uni Würzburg um Rainer Hedrich im Fachjournal Nature Communications beschrieben. Wie dies auf molekularer Ebene bewerkstelligt wird und wie die von den Würzburgern identifizierten Proteine des „Auxin-Signalosoms“ in dieses Szenario eingreifen, ist Gegenstand weiterer Experimente.
Quelle: Uni Würzburg

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Klimaerwärmung: Mehr Wildbienenarten nach 20 Jahren in Münchens Garten

Die Blauschwarze Holzbiene (Xylocopa violacea) ist eine große, auffällige Wildbienenart von bis zu 3 cm Länge. Sie ist wärmeliebend und ist nun wieder im Botanischen Garten München zu finden. Foto: Michaela Hofmann

Mindestens 106 Wildbienenarten kommen im Botanischen Garten München-Nymphenburg vor, eine Zahl, die sich in den letzten Jahren durch das Hinzukommen von 15 wärmeliebenden Arten erhöht hat. Eine erste Inventarisierung der Wildbienenfauna fand in den Jahren 1997-1999 statt – nun wurden fast 20 Jahre später die dort vorkommenden Wildbienenarten erneut dokumentiert. Doktorandin Michaela Hofmann der Arbeitsgruppe Systematische Botanik und Mykologie an der LMU München hat zusammen mit Dr. Andreas Fleischmann von der Botanischen Staatssammlung München (SNSB-BSM) von 2015 bis 2017 jeweils von Frühjahr bis Herbst alle gefundenen Bienen dokumentiert. Die Ergebnisse sind überraschend deutlich: wurden 1997-1999 noch 79 Wildbienenarten im Botanischen Garten nachgewiesen, konnten 20 Jahre später 106 Arten gefunden werden. Dies ist auf erhöhte Temperaturen zurückzuführen. Andere Ursachen erwiesen sich als unwahrscheinlich. Die Forschenden veröffentlichten ihre Ergebnisse zusammen mit der LMU-Wissenschaftlerin und Leiterin des Botanischen Gartens, Prof. Susanne Renner in der Fachzeitschrift Oecologia.
Quelle: SNSB-BSM

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Neue Sorten von Winterweizen blühen früher

Feldversuch mit Winterweizen: Gegenüberstellung der Sorte „Tommi“ aus dem Jahr 2002 und der Sorte „Heines VII“ aus dem Jahr 1950 in der Phase zwischen Beginn des Ährenschiebens und Beginn der Blüte. Foto: Uni Göttingen - zum Vergrößern bitte Anklicken

Verschiebungen der Entwicklungsstadien von Pflanzen im Jahresverlauf gelten als wichtiger Indikator für den Klimawandel. Göttinger Agrarwissenschaftler haben in Zusammenarbeit mit Forschern aus Bonn untersucht, wie sich der Blühzeitpunkt von Winterweizen in den vergangenen 60 Jahren in Deutschland verändert hat. Die Auswertung von fast 500.000 Beobachtungen der Pflanzenentwicklung ergab, dass der Winterweizen heute etwa 14 Tage früher blüht. Experimentell konnten sie nachweisen, dass nicht nur die gestiegenen Temperaturen, sondern auch die Veränderung der Sorten durch Züchtung zu dem früheren Blühzeitpunkt beitragen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Scientific Reports erschienen.
Quelle: Uni Göttingen

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Weniger Insektizide durch natürliche Räuber

Versuchsaufbau zur natürlichen Schädlingsbekämpfung (v. l.): geschlossener Käfig ohne Räuber, Messstelle, zu der alle Räuber Zugang haben, und halboffener Käfig, in den außer Vögel alle Räuber hineinkommen. Fotos: Sarah Redlich

Je bunter die Flur rund um ein Weizenfeld ist, desto weniger Blattläuse können sich auf Weizenpflanzen halten. Vögel spielen in dem untersuchten Anbausystem keine Rolle als natürliche Feinde von Blattläusen auf Weizen. Das haben Forschende der Julius-Maximilians-Universität Würzburg herausgefunden und in der Fachzeitschrift Journal of Applied Ecology publiziert. Landwirte können diese Erkenntnis nutzen, um die Läuse besser in Schach zu halten und den Insektizideinsatz zu reduzieren.
Quelle: Uni Würzburg

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Die Cytokinin-aktivierdenen Proteine der LOG-Familie sind keine Dekarboxylasen

123 Organismen hat Elena Bencurova untersucht und deren Eiweißbausteine einer genauen Motifanalyse unterzogen. Abbildung: Elena Bencurova

BioinformatikerInnen haben neue Details über die Entstehung von Zytokininen entschlüsselt und damit die bisherige Lehrmeinung korrigiert. Das Hormon Zytokinin wirkt steuernd auf das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen, verzögern den Alterungsprozess und kann die Pflanze gegen bestimmte Erreger resistent machen. Der bisherigen Lehrmeinung nach sollten diejenigen Enzyme, die Zytokinine aktivieren, zur Klasse der Lysin-Dekarboxylasen gehören. Wie die Forschenden der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) nachwiesen, ist dies allerdings falsch. Denn diese Enzyme verfügen über keinerlei Dekarboxylase-Aktivität, wie die Forschenden im Fachmagazin Trends in Biochemical Sciences über die 123 Organismen schreiben, die sie untersuchten.
Quelle: JMU

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Kurzhalmiger Weizen wird pilzresistenter

Weizen mit kürzeren Halmen kann Stickstoff besser verwerten und ist deshalb ertragreicher. Die bisher eingekreuzten Gene für kürzere Halme machten den Weizen jedoch auch anfälliger für Pilzinfektionen. Denn die kürzeren Halme sind dem Boden näher und daher werden sie eher von Pilzen befallen. Forschende der Uni Hohenheim entdeckten nun ein neues, Rht24 genanntes Gen, das ebenso die Halme verkürzt, aber die Anfälligkeit der Pflanze gegenüber Fusarium nicht beeinflusst. Das Portal Pflanzenforschung stellt die im Fachjournal Theoretical and Applied Genetics erschienen Studie vor.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Wie das Hormon Auxin an seinen Bestimmungsort gelangt

Das Hormon Auxin reguliert in Pflanzen eine Vielzahl von Prozessen. Quelle: Institut für Biologie II, Uni Freiburg

Wie das Pflanzenhormon innerhalb der Zelle transportiert wird und wie dieser Signalweg dazu beiträgt, das Ablesen von Genen im Zellkern zu steuern, haben Forschende der Uni Freiburg im Fachjournal Cell Reports beschrieben. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickelten dazu einen theoretisch-experimentellen Ansatz, der es ihnen erlaubte, mithilfe einer Kombination von Mikroskopie-Technik, quantitativer Datenanalyse und mathematischer Modellierung zu beobachten, wie einzelne Pflanzenzellen auf das zeitlich abgestufte Einbringen von Auxin reagieren. Aus ihren Ergebnissen folgerten sie, dass es sich beim Auxin-Fluss aus dem ER in den Kern um einen bedeutenden Signalweg innerhalb der Zelle handelt, der eine dominante Rolle dabei spielt, den Auxin-Gehalt im Zellkern zu regulieren – und der damit die Prozesse, die Auxin dort auslöst, maßgeblich unterstützt.
Quelle: Uni Freiburg

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Steigende Landnutzung in Ostafrika macht Berge zu Inseln

Zwischen 1976 und 2000 ist die natürliche und waldreiche Vegetation zwischen dem Mt. Meru und dem Kilimanjaro weitgehend verschwunden. Grafiken: Andreas Hemp

Die Ökosysteme an den Bergen Ostafrikas beherbergen Schatzkammern der Biodiversität und sind möglicherweise stärker bedroht als bislang wahrgenommen. Der Kilimanjaro entwickelt sich immer mehr zu einer „ökologischen Insel“, denn Landwirtschaft und Wohnungsbau haben die natürliche Vegetation beseitigt, die früher als Brücke in das Umland diente und die heutige Artenvielfalt ermöglicht hat. Auch benachbarte Bergregionen werden vermutlich zunehmend von ihrer Umgebung isoliert. In der Zeitschrift Global Change Biology stellen die Pflanzen- und Tierforscher der Uni Bayreuth ihre Studie vor.
Quelle: Uni Bayreuth

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Bienenbestäubung verbessert Qualität und Haltbarkeit von Erdbeeren

Eine Honigbiene bestäubt eine Erdbeerblüte. Foto: Alexander Wietzke

Wie ein interdisziplinäres Forscherteam erstmals zeigt, verbessert die Blütenbestäubung durch Bienen die Fruchtqualität gegenüber der Selbstbestäubung. Die Insektenbestäubung hat einen entscheidenden Einfluss auf die hormonellen Prozesse während der Fruchtentwicklung, die im Vergleich mit Früchten aus eigenbestäubten Blüten zu einem typischeren Geschmacksergebnis führen. Das haben Forschende der Uni Göttingen im Fachjournal Agriculture, Ecosystems & Environment.
Quelle: Uni Göttingen

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Eine einzige Mutation verdoppelt die Kornzahl in Hirseähren

Ähnlich wie Hafer bildet Hirse Rispen mit vielen kleinen Körnern. Forschende schildern nun im Journal Nature Communications, wie sich die Anzahl der Körner verdoppeln lässt. Ob sich das Prinzip auch auf andere wichtige Getreide wie Reis, Mais und Weizen übertragen lässt, diskutiert das Portal Pflanzenforschung.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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News · Forschungsergebnis

Bt-Mais wirkt sich positiv auf Nutzpflanzen der Umgebung aus

Die Österreichische Tageszeitung Der Standard berichtet, haben Forschende das Aufkommen von Schadinsekten und den Insektizid-Einsatz vor Einführung von Bt-Mais 1996 und danach miteinander verglichen. Wie sie im Fachjournal PNAS zeigen, scheint der genveränderte Bt-Mais auch auf anderen Feldern zu weniger Schadinsekten zu führen. Dadurch konnten auch die Nachbarfelder weniger Insektizide einsetzen als früher. Die Tageszeitung nennt auch die Finanzquellen der Forschenden.
Quelle: Der Standard

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News · Forschungsergebnis

Pflanzengene ins Visier nehmen

Moospflanzen auf einer Petrischale. Foto: Sigrid Gombert

Ein Forscherteam hat Proteine gefunden, die für die pflanzliche Entwicklung sowie die Reparatur und zielgerichtete Veränderung von DNA wichtig sind. Wie die Biologinnen und Biologen um Prof. Dr. Ralf Reski von der Universität Freiburg bei der RecQ-Proteinfamilie herausfanden, unterscheiden sich die RecQ4- und RecQ6-Gene erheblich in Vorkommen und Funktion in den zwei wichtigsten Modellpflanzen zur Forschung an der DNA-Rekombination, dem Moos Physcomitrella patens und der Blütenpflanze Arabidopsis thaliana. Die Ergebnisse, die das Team im Fachjournal Plant Cell veröffentlicht hat, könnten den Schlüssel für eine präzisere Genom-Editierung auch bei Nutzpflanzen liefern. Das Quedlinburger Julius-Kühn-Institut JKI, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen und das Zentrum des Nationalen Instituts für Agrarforschung INRA in Versailles-Grignon/Frankreich haben zu der Studie beigetragen.
Quelle: Uni Freiburg

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News · Forschungsergebnis

Konflikt: Agrarproduktion vs. Artenvielfalt

Mitteleuropäische Agrarlandschaft in Deutschland. Foto: Christoph Scherber

Eine gezielte Landnutzungsplanung könnte den Konflikt zwischen landwirtschaftlicher Produktion und Naturschutz mindern. Forschende der Universität Göttingen, des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und der Universität Münster haben weltweite Datensätze ausgewertet – einerseits zur Verbreitung und zu den ökologischen Anforderungen tausender Tierarten, anderseits zur landwirtschaftlichen Produktion der weltweit wichtigsten Feldfrüchte. Ihre Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Global Change Biology erschienen.
Quelle: Uni Göttingen

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News · Forschungsergebnis

Optimierte Fruchtfolge verbessert Ökobilanz

Damit Landwirte effektive und gleichzeitig nachhaltige landwirtschaftliche Praktiken anwenden können, brauchen sie verlässliche Daten: zur Ökobilanz und insbesondere zum sogenannten CO2-Fußabdruck ihres Arbeitens. Bei dessen Berechnungen hapert es aber noch, wie ein Forschungsteam am Institut für Technischen Umweltschutz der Technischen Universität in Berlin jetzt festgestellt hat. Über die im Februar im Fachjournal Agronomy for Sustainable Development erschienen Studie berichtet das Portal Pflanzenforschung.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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News · Forschungsergebnis · Werkzeuge

Lichtumwandlung der Photosynthese modelliert

Schaltung zur Simulation der Lichtumwandlung: 3 Qubits (rot, blau und grün) sammeln Mikrowellenstrahlung aus dem violetten Hohlleiter. Dank dem Rauschsignal, das über die rosa Zuflusslinien eingebracht wird, wird die Energie zum Ausgangsresonator transportiert. Bild: Quantum Device Lab, A. Potočnik, ETH Zurich

Pflanzen können Sonnenlicht mit hoher Effizienz in chemische Energie umwandeln. Wie sie das im Detail schaffen, ist bis heute nicht ganz geklärt. Daher haben PhysikerInnen der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) nun ein quantenphysikalisches Modell gebaut, das diese Frage beantworten soll, und im Fachjournal Nature Communications vorgestellt. Auf der einen Seite prägen quantenphysikalische Effekte die Prozesse der Photosynthese, auf der andern Seite läuft die Photosynthese in einem wässrigen und warmen Umfeld ab, in dem die Regeln der klassischen Physik gelten. Gerade in diesem scheinbaren Widerspruch könnte jedoch der Schlüssel verborgen liegen: Mehrere theoretische Modelle stützen die Vermutung, dass just das Zusammenspiel dieser zwei Welten die hohe Effizienz der Photosynthese erklärt. Ob das tatsächlich so ist, ließ sich bisher experimentell jedoch nicht überprüfen. Genau diese Lücke hat Anton Potočnik, Postdoc in der Gruppe von Andreas Wallraff am Quantum Device Lab des Departements Physik nun zusammen mit Arno Bargerbos und seinen Forscherkollegen geschlossen. Mit ihrer Versuchsanordnung lassen sich die verschiedenen theoretischen Modelle experimentell verifizieren.
Quelle: ETH Zürich

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News · Forschungsergebnis

Polyphenole verhindern Anheften von Bakterien

Polyphenole sind fördern die Gesundheit über ihre antioxidative Wirkung. Nun konnten Forschende nachweisen: Die pflanzlichen Stoffe verhindern auch das Anheften pathogener Bakterien an Zähne und Zahnfleisch. Polyphenole kommen in zahlreichen Arten vor allem in den Früchten vor. Eine besonders phenolreiche Frucht ist die rote Weintraube und daher enthält auch Rotwein viel von diesen Stoffen. Über die im Journal of Agricultural and Food Chemistry erschienene Studie berichtet das Portal Pflanzenforschung.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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News · Forschungsergebnis

Alle Pilze sind schon da

Zirbelkiefern Pinus cembra. Foto und Copyright: Eike Lena Neuschulz, Senckenberg

Wenn Bäume durch den Klimawandel ausweichen und den Berg hinauf „wandern“, warten ihre Pilzpartner bereits auf sie, sowohl die hilfreichen als auch die schädlichen. Das hat ein Team der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung und der Goethe-Universität bei der Untersuchung der Zirbelkiefer herausgefunden, die in den Zentralalpen die Baumgrenze bildet, und anhand der mit ihr vergesellschaften Pilze. Die Studie erschein in der Fachzeitschrift Journal of Ecology.
Quelle: Senckenberg

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News · Forschungsergebnis

Warum seltene Pflanzen selten sind

Jura-Leinkraut (Linaria alpina subsp. >i>petraea). Die gefährdete Art findet sich vor allem im Jura und steht auf der Roten Liste der Schweiz. Foto: Andreas Gygax

Seltene Pflanzen haben eine schwächere Abwehr gegen krankmachende Mikroorganismen als häufigere Pflanzenarten. Die Anfälligkeit gegen Pilze und Bakterien, die im Boden leben, ist also mit ein Grund, wieso seltene Arten so selten sind. Dies haben Forschende der Universität Bern herausgefunden – und sind somit der Antwort auf die Frage nähergekommen, die Biologinnen und Biologen seit Darwins Zeiten beschäftigt. Darüber berichten sie im Fachmagazin Ecology.
Quelle: Uni Bern

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Puzzle aus Pflanzenzellen

Mit der Form von Puzzleteilen können die Epidermis-Zellen der Ackerschmalwand dem gewaltigen Druck, der in ihrem Innern herrscht, besser standhalten. Eine Ausnahme sind die dazwischen eingestreuten Spaltzellen, die den Ein- und Ausstrom von Wasser und Kohlendioxid steuern. Sie trotzen dem Druck durch ihre geringe Größe – wären sie größer, würden sie mit ihrer regelmäßigen Form platzen. Aufnahme und © Richard Smith, MPI f. Pflanzenzüchtungsforschung

Die Zellen in der Epidermis vieler Pflanzenorgane sehen aus wie Puzzleteile – das hilft ihnen, dem hohen Druck in ihrem Innern zu widerstehen. Damit sie nicht platzen, mussten sich Pflanzen etwas Besonderes einfallen lassen: Forschenden des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln um Richard Smith zufolge können Zellen der Epidermis mit einer unregelmäßigen Form dem Druck in ihrem Innern besser standhalten als runde und andere regelmäßig geformte Zellen, wie sie im Fachjournal eLife belegen (DOI: 10.7554/eLife.32794).
Quelle: MPI für Pflanzenzüchtungsforschung

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News · Forschungsergebnis

Globaler Wandel gefährdet Bodenkrusten

Biologische Bodenkrusten sind grundlegender Bestandteil der Vegetation in der Halbwüste der Sukkulentenkaroo Südafrikas. Foto: Bettina Weber, MPIC

Bodenkrusten werden viel stärker als Gefäßpflanzen auf den Klimawandel reagieren, mahnen Forschende. Bei anhaltender Klimaerwärmung und steigender Landnutzung werden biologische Bodenkrusten bis zum Jahr 2070 um 25 bis 40 Prozent zurückgehen. Das ergaben Modellrechnungen eines internationalen Teams mit Beteiligung von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Chemie (MPIC), die erstmals eine Weltkarte über das Vorkommen biologischer Bodenkrusten erstellten und im Fachjournal Nature Geoscience veröffentlichten. Biologische Bodenkrusten schützen den Boden, beschleunigen die Bodenbildungsraten und tragen zu biogeochemischen Nährstoffzyklen bei, indem sie atmosphärischen Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N) binden. Zwar sind sie eine der unscheinbarsten Lebensgemeinschaften der Natur, aber sehr wichtig für die natürlichen Kreislaufprozesse.
Quelle: MPIC

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Meta-Studie: Gentechnik-Mais bringt Vorteile

Die meisten Mitgliedsländer in der EU wollen keinen gentechnisch veränderten Bt-Mais auf ihren Feldern und haben daher den Anbau verboten. Dabei kann Bt-Mais seine Fraßfeinde wirksam bekämpfen, den Ertrag steigern und vor allem gesundheitsschädliche Pilzgifte deutlich verringern. Das ist das Ergebnis einer Meta-Studie, die von Forschenden der Scuola Superiore Sant’Anna in Pisa durchgeführt wurde. Die Meta-Studie zu 21 Jahren Feldforschung über BT-Mais haben sie im Fachjournal Scientific Reports (DOI:10.1038/s41598-018-21284) veröffentlicht. Über die Ergebnisse berichtet das Portal Transgen.
Quelle: Transgen

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News · Forschungsergebnis

Feldgrößen sind entscheidend

Wildbiene bei der Bestäubung. Foto: Uni Göttingen

Agrarlandschaften mit kleinen Feldern fördern Bestäubung durch Wildbienen. Das hat ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Universität Göttingen herausgefunden. Wie sie im Fachmagazin Proceedings oft he Royal Society B schreiben, kommen in Agrarlandschaften mit kleinen Feldern mehr Wildbienen vor als in Landschaften mit großen Feldern, was zu einer verbesserten Bestäubung der dort angebauten Pflanzen führte. Überraschenderweise fanden sich weniger Wildbienen in Landschaften, in denen viele verschiedene Feldfrüchte angebaut wurden.
Quelle: Uni Gießen

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News · Forschungsergebnis

Wie Bakterien Pflanzen manipulieren

Wenn Bakterien der Gattung Xanthomonas Tomaten- und Paprikapflanzen befallen, schleusen sie schädliche Eiweiße in die Zellen der Pflanzen ein. Wie einer dieser Stoffe die Nährstoffversorgung und den Hormonhaushalt der Pflanzen manipuliert, haben nun Forschende um die Pflanzengenetikerin Prof. Dr. Ulla Bonas an der Martin-Luther-Uni Halle-Wittenberg (MLU), sowie der Unis Bonn und Freiburg sowie des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) in Halle herausgefunden. Eines der schädlichen Eiweiße, XopH genannt, greift demnach gezielt einen der Hauptphosphorspeicher in der Pflanzenzelle an, wie die Forschenden mit einer neuen Methode nachweisen konnten. Ihre Studie erschien im Dezember im Fachjournal Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-017-02195-8).
Quelle: MLU

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News · Forschungsergebnis

Neue Klasse von Biokatalysatoren für Abbau mariner Algen entdeckt

Abbildung der Alge Delessaria. Foto: Jan-Hendrik Hehemann

Forschende aus Greifswald und Bremen haben erstmals in umfangreichen Experimenten nachgewiesen, wie wichtig Enzyme sind von entscheidender Bedeutung beim Abbau von Algen-Biomasse im Meer sind. Dabei entdeckten sie eine völlig neue Unterklasse von Biokatalysatoren im Zuckerabbau in marinen Bakterien. Ihre Ergebnisse stellen Forschenden der Universitäten Greifswald und Bremen und des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie (MPIMM) in Bremen in der Fachzeitschrift Nature Chemical Biology (DOI: 10.1038/s41589-018-0005-8) vor.
Quelle: Uni Greifswald

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News · Forschungsergebnis

Bestätigt: Geologische Umbrüche bedingen große Diversität tropischer Regenwälder

Die Pflanze Mosannona costaricensis zählt zu einer der beiden untersuchten Annonengewächs-Gattungen, hier in Costa Rica Foto und ©: Reinaldo Aguilar, Uni Mainz

Die größte Vielfalt an Pflanzen findet sich in den tropischen Regenwäldern Mittel- und Südamerikas. Nirgendwo sonst auf der Erde gibt es so viele verschiedene Pflanzenarten. Durch Eingriffe des Menschen ist die gesamte Region jedoch zunehmend bedroht, weshalb sich Wissenschaftler verstärkt darum bemühen, die erstaunliche Biodiversität zu erfassen und zu erforschen, wie sie entstanden ist. Eine Studie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und niederländischen Forschungseinrichtungen ist der Frage nach den Ursachen der Pflanzenvielfalt nachgegangen, indem zwei nahe verwandte Baumgruppen aus der Familie der Annonengewächse untersucht wurden: Cremastosperma und Mosannona. Sie bestätigt die Wichtigkeit von drei Faktoren: die Gebirgsbildung der Anden, die natürlich erfolgte Austrocknung des Pebas-Sees im heutigen Amazonasgebiet und die Bildung einer Landbrücke zwischen Mittel- und Südamerika durch den Panama-Isthmus, wie die Froschenden im Fachmagazin Royal Society Open Science berichten (DOI: 10.1098/rsos.171561).
Quelle: Uni Mainz

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News · Forschungsergebnis · Politik

EU-Agrarpolitik muss evidenzbasiert sein

Dr. Guy Pe'er. Foto: S. Bernhardt, iDiv

Heute treffen sich die AgrarministerInnen der EU-Mitgliedstaaten, um über die Direktzahlungen der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) zu diskutieren, ohne die viele Betriebe eingingen. Tatsächlich sind diese aber wirkungslos, meint der Ökologe Dr. Guy Pe’er. Gemeinsam mit Ökonomen, Soziologen und weiteren ExpertInnen hat er die GAP auf ihre Wirtschaftlichkeit, Wirksamkeit und Erfüllung der globalen Nachhaltigkeitsziele untersucht und festgestellt: Sie erreicht keines ihrer selbst gesteckten Ziele. Jetzt sei der richtige Zeitpunkt für mutige Schritte und eine echte Neuerung, meint Pe’er in Richtung neuer Bundesregierung. Wie diese aus Forschungssicht aussehen müsste, erklärt er im Interview des Netzwerkforums Biodiversität (NeFo).
Quelle: NeFo

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News · Forschungsergebnis

Genomforschung bringt Reis-Züchtung in Schwung

Mehr als 3,5 Milliarden Menschen essen täglich Reis. Um die steigende Nachfrage zu decken, müssen diese Pflanzen weiter optimiert werden. Dazu sind umfassende Kenntnisse der molekularen Mechanismen von komplexen Pflanzeneigenschaften wie Trocken- und Schädlingstoleranz oder Ertragsmenge und Kornqualität erforderlich. Moderne Hochdurchsatzverfahren und Bioinformatik zur Auswertung riesiger Datensätze helfen Wissenschaftlern dabei, die einzelnen Puzzlestücke zu einem großen Ganzen zusammenzusetzen. Über eine im Fachjournal Molecular Plant erschienen Studie informiert das Portal Pflanzenforschung, die die Forschung der vergangenen Dekade zusammenfasst und einen Blick in die Zukunft wagt.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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News · Forschungsergebnis

Welche Stoffe und Stoffwechselwege in Tomaten stecken

Die Züchtung beeinflusst die chemische Zusammensetzung der Tomatenfrucht. Foto: S. Osorio Algar, MPI-MP

Forschende haben die stoffliche Zusammensetzung und das Erbgut der Tomaten-Früchte analysiert und veröffentlichten zum ersten Mal einen Überblick über den menschlichen Einfluss auf die chemische Zusammensetzung einer Nutzpflanze im Fachjournal Cell (DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.12.019). Darin beschreiben die Forscherinnen und Forscher das Genom und Metabolom der Pflanze und schildern die Schritte der Tomatenzucht. Dabei entdeckten sie auch mehrere neue Gene und Stoffwechselschritte. An der Studie beteiligt waren Forschende aus China, Amerika, Bulgarien und Deutschland, darunter Alisdair Fernie vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) in Potsdam.
Quelle: MPI-MP

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News · Forschungsergebnis

Höhere Temperaturen lassen Raps-Schoten früher platzen

15 bis 18 ölhaltige Samen enthält eine Rapsschote. Jede, die vor der Ernte platzt, ist ein Verlust für die Landwirtschaft. Pro Jahr gehen schätzungsweise 15-20 % des Ertrages auf diese Weise verloren. Steigende Temperaturen verschärfen die Situation. Nun haben Forschende den Temperaturfühler im Genom entdeckt und im Fachjournal Molecular Plant veröffentlicht. Über die Studie berichtet das Portal Pflanzenforschung.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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News · Forschungsergebnis

Von der blutzuckersenkenden Wirkung der Bittergurke

Bittergurke (Momordica charantia), auch Bittermelone, Balsambirne oder Bittere Spring-Gurke genannt. Zeichnung: Francisco Manuel Blanco, Flora de Filipinas, Wikimedia Commons, Public Domain

Ein Extrakt der Bittergurke kann den Nüchtern-Blutzucker bei Menschen im Frühstadium einer Zuckerkrankheit vom Typ 2 – sogenannte Prädiabetiker – deutlich senken. Der Nachweis für diesen positiven Effekt der Bittergurke konnten Ernährungswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler der Justus-Liebig-Universität Gießen im Rahmen eines randomisierten Doppelblindversuchs erbringen, bei dem die Versuchspersonen unter Verwendung eines Zufallsmechanismus unterschiedlichen Gruppen zugeordnet wurden. Die Ergebnisse der Studie sind jetzt im internationalen Journal of Ethnopharmacology erschienen. Sie bauen auf gemeinsame Forschungsarbeiten in Gießen, Taiwan und Tansania auf, bei denen in den vergangenen zehn Jahren die blutzuckersenkende Wirkung der Bittergurke (Momordica charantia) untersucht wurde.
Quelle: Uni Gießen

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News · Forschungsergebnis

Photoautotrophe Organismen bedingen Diversität in Bodenkrusten

Gruppenleiterin Bettina Weber (Mitte), Doktorandin Alexandra Tamm (l.) und Postdoc Stefanie Maier (r.) untersuchen Moose und Flechten mithilfe einer CO2-Gaswechselanlage. Foto: Anne Reuter

Nach einer neuen Studie scheinen die in Bodenkrusten wachsenden Bakterien und Pilze vor allem durch die photosynthetisch aktiven, namensgebenden Krustenkomponenten und die von ihnen freigesetzten Stoffwechselprodukte bedingt zu sein, fasst Professorin Bettina Weber, Gruppenleiterin in der Abteilung Multiphasenchemie am MPI für Chemie, zusammen. Sie hatte sich zusammen mit Erstautorin Dr. Stefanie Maier die organismische Vielfalt der nacheinander auftretenden und ineinander übergehenden, sogenannte Sukzessionsstufen von Bodenkrusten angeschaut, die in stets derselben Reihe aufeinander folgen: erst Cyanobakterien-, dann Flechten- und schließlich Moos-dominierte Bodenkrusten. Die Studie erschien open access im ISME Journal der International Society for Microbial Ecology (doi: 10.1038/s41396-018-0062-8). „Es ist faszinierend, dass im Verborgenen solch eine enorme Vielfalt existiert, die die verschiedensten Prozesse beeinflusst, die wir erst jetzt beginnen zu verstehen“, ist die Biologin Bettina Weber begeistert.
Quelle: MPI für Chemie

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News · Forschungsergebnis

Schnelle Evolution der Alge Emiliania auch im Meer

Emiliania-huxleyi-Zellen in einer elektronenmikroskopischen Aufnahme. Foto: Lennart Bach, GEOMAR (CC BY 4.0)

Einige Stämme der Kalkalge Emiliania huxleyi zeigen eine ungewöhnlich schnelle Anpassung an die zunehmende Ozeanversauerung. Um die Reaktion dieses wichtigen Schlüsselorganismus im Plankton (siehe Alge des Jahres 2009) in zukünftigen Umweltbedingungen zu messen, haben Forschende GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel erstmals Laborexperimente, die leicht kontrollier– und reproduzierbar sind aber komplexe Ökosysteme nur ungenügend abbilden, mit Versuchen unter realen Bedingungen in der Natur verknüpft, die deutlich aufwendiger und schwerer kontrollierbar sind. Schon nach drei Jahren im Labor kamen die Algen besser mit der Versauerung zurecht, als zu Beginn der Studie. Obgleich alle Algenstämme des Versuchs im Ozean denselben Vorfahren hatten, unterschieden sie sich nach nur drei Jahren erheblich in ihrer Fähigkeit, sich in der natürlichen Planktongemeinschaft durchzusetzen: Einige Stämme vermehrten sich rasch, andere wurden nach kurzer Zeit verdrängt, unabhängig davon, ob sie zuvor an Ozeanversauerung angepasst waren oder nicht. „Das spricht für die Fähigkeit von Emiliania huxleyi, sich innerhalb sehr kurzer Zeit weiterzuentwickeln“, fasst Erstautor Dr. Lennart Bach zusammen. Die Studie veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift Nature Ecology and Evolution.
Quelle: GEOMAR

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Fragmentierung der Tropenwälder nahe kritischem Punkt

Die Waldfragmente des Brasilianischen Atlantischen Regenwaldes im Nordosten Brasiliens (Mata Atlântica) sind von Zuckerrohrplantagen umgeben. Foto: Mateus Dantas de Paula

Die Tropenwälder rund um den Globus beherbergen eine große Artenvielfalt und sind ein wichtiger Kohlenstoffspeicher. Doch nach wie vor werden sie durch Abholzungen weiter zerschnitten und damit gefährdet. Forschende des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben nun eine Methode aus der Physik abgeleitet, mit der sich die Fragmentierung erstmals auf globaler Ebene erklären und mathematisch beschreiben lässt. Dabei zeigte sich u.a., dass sich die Tropenwälder aller drei Kontinente nahe an einem kritischen Punkt befinden, ab dem die Anzahl der Fragmente stark ansteigen wird. Dies wird schwerwiegende Folgen für die Biodiversität und die Kohlenstoffspeicherung haben, schreiben die Forschenden im Wissenschaftsjournal Nature.
Quelle: UFZ

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Blütenpflanzen: Helfer der Zellteilung aufgespürt

Blütenpflanzen besitzen eine eigene Maschinerie zur Zellteilung. Bei der Suche nach den am Prozess beteiligten Faktoren stießen Forschende auf neue Hinweise zur Evolution von Blütenpflanzen. Im Fokus stehen dabei Eiweiße aus der Gruppe der SNARE-Membranproteine, deren Verhalten die Forschenden in der Modellpflanze Arabidopsis untersucht hatten. Über die im Fachmagazin Cell erschienene Studie berichtet das Portal Pflanzenforschung und hat dazu anschauliche Bilder zur Zellteilung herausgesucht.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Früher Start in den Frühling

Die Kirschblüten treiben in Japan seit Mitte des 20. Jahrhunderts immer früher aus. Ein Phänomen, das sich auch in unseren Breiten beobachten lässt, wie Jenaer Biologinnen nachgewiesen haben. Foto: Anne Günther, FSU

Forschende haben den Tag der ersten Blüte eines Jahres in 18 Orten der nördlichen Hemisphäre analysiert. Nach ihren Ergebnissen treiben beispielsweise Kirschblüten in Japan seit Mitte des 20. Jahrhunderts immer früher aus. Auch Gräser, Kräuter und Sträucher haben den Start der Blütezeit deutlich verlagert. „Die globalen Klimaveränderungen führen zu veränderten Blühzeiten insgesamt, wobei in der Regel ein früherer Blühbeginn zu beobachten ist“, weiß Patrizia König aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Christine Römermann von der Friedrich-Schiller-Universität (FSU) Jena. Die Biologinnen publizierten die Ergebnisse im Fachmagazin Global Ecology and Biogeography.
Quelle: Uni Jena

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Rezeptoren-hin-und-her in lebenden Zellen beobachtet

Mit Tabakzellen haben die Forschenden die fluoreszenzmikroskopischen Aufnahmen erstellt. Aufnahme: Peter Pimpl, SUSTech Shenzhen, China

Um sicherzustellen, dass Proteine an ihren Einsatzort in der Pflanze gelangen, werden sie von einer zelleigenen Transportmaschinerie ständig sortiert und in Position gebracht. Sortierungsrezeptoren spielen dabei eine Schlüsselrolle: Sie erkennen und binden die zu transportierenden löslichen Proteine und speisen sie in die Transportabläufe ein. Professor Peter Pimpl und seine Forschergruppe am Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP) in Tübingen entwickelten nun ein Verfahren, mit dem sich die Transportwege einzelner Rezeptoren erstmals in Pflanzenzellen im Detail verfolgen lassen. Bislang gab es keine Möglichkeiten, in lebenden Zellen zwischen Rezeptoren zu unterscheiden, die erstmals vorwärts transportieren und solchen, die sich zurückbewegen. Die Ergebnisse haben die Forschenden nun im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht, berichtet die Uni Tübingen beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).
Quelle: idw

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Wie Schimmelpilze pflanzliches Wachstumshormon bilden

Die Strukturvorhersage der beteiligten Enzyme ließ die Forschenden vermuten, dass Neurospora crassa in der Lage ist, Auxin zu bilden. Grafik: Prof. Frank Kempken, Puspendu Sardar, Uni Kiel

Pflanzen, Bakterien und verschiedene Pilze bilden Auxine, die gemeinsam mit anderen Hormonen für eine Streckung von Pflanzenzellen sorgen und damit beispielsweise zum schnellen Wachstum junger Sprosse beitragen. Die Art und Weise, wie Pflanzen diese Stoffe herstellen, wurde viele Jahrzehnte erforscht. Wie die Biosynthese hingegen bei Pilzen abläuft, haben Kieler Pflanzenforscher nun entschlüsselt und im Fachmagazin PLoS One dargelegt.
Quelle: Uni Kiel

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Sex dient der DNA-Reparatur

Warum ist die sexuelle Fortpflanzung bei allen höheren Lebewesen dominant? Worin liegen die Vorteile dieses aufwändigen Prozesses? Um diese kontroversen Fragen der Evolutionsbiologie zu beantworten, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Göttingen und Amsterdam die Entstehung von Lebewesen mit Zellkern vor etwa zwei Milliarden Jahren rekonstruiert. Ihre Hypothese: Mit der Entwicklung der Sauerstoffatmung wuchs die Gefahr von oxidativen Schäden an der DNA durch Sauerstoffradikale. Vor diesem Hintergrund diente Sex womöglich ursprünglich in erster Linie der DNA-Reparatur. „Sex ist also eine physiologische Notwendigkeit, als Folge eines sauerstoffbasierten Stoffwechsels bei allen höheren Organismen“, erläutert die Göttinger Pflanzenwissenschaftlerin Prof. Dr. Elvira Hörandl. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Proceedings of the Royal Society B erschienen.
Quelle: Uni Göttingen

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Tropenwälder der Erde neu klassifiziert

Waldgebiet am Kilimanjaro. Foto: Andreas Hemp, Uni Bayreuth

Forschende von weltweit 159 Universitäten und Forschungsinstituten haben erstmals systematisch untersucht, wie die tropischen Wälder der Erde evolutionsgeschichtlich miteinander verwandt sind. Wie sie herausfanden, lassen sich die Wälder nach ihrem Verwandtschaftsgrad in zwei Typen auftrennen: Wälder des amerikanisch-afrikanische Raumes und des indo-pazifische Raumes. Sie widerlegten eine bis dahin verbreitete Einteilung in neo- und paleotropische Wälder, wie sie im Fachjournal PNAS berichten. Mit Untersuchungen zu den Waldgebieten in Ostafrika, insbesondere rund um den Kilimanjaro, war der Pflanzensystematiker Andreas Hemp von der Universität Bayreuth beteiligt. Andere Forschende, wie die Pflanzenwissenschaftlerin Janet Franklin, arbeiten an der University of California in Riverside.
Quelle: Uni Bayreuth

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Mehr Wissenschafts-Enthusiasten als Desinteressierte

Mehr Wissenschafts-Enthusiasten als Desinteressierte gibt es in der Schweiz. Grafik: UZH

Wenn es um Einstellungen zu Wissenschaft und Forschung geht, gibt es vier Typen von Schweizerinnen und Schweizern. Diese reichen von 28 Prozent Wissenschafts-Enthusiasten bis zu 13 Prozent Desinteressierten. Trotz vieler Unterschiede unterstützen alle Typen die Förderung von Wissenschaft und Forschung, wie eine Studie der Universitäten Zürich (UZH) und Freiburg zeigt, die die Forschenden im Fachmagazin Public Understanding of Science veröffentlichten. Das Langzeitprojekt „Wissenschaftsbarometer Schweiz“ erhebt, was die Schweizer Bevölkerung über wissenschaftliche Themen denkt, und wie unterschiedliche Informationsquellen von Massenmedien über Facebook und Twitter bis hin zu Familie und Freundeskreis die Wahrnehmung von wissenschaftlichen Themen beeinflussen. Befragt wurden 1051 Personen – 651 in der Deutschschweiz, 200 in der Westschweiz und 200 im Tessin.
Quelle: UZH

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Bis zu 16 % sind potentielle Auswanderer

Die Vielblättrige Lupine (Lupinus polyphyllus) stammt eigentlich aus Nordamerika und ist mittlerweile die häufigste Lupinienart Mitteleuropas. Foto und Copyright: Franz Essl

16 Prozent aller Tier- und Pflanzenarten haben das Potential, vom Menschen in andere Gebiete verschleppt zu werden. Momentan sind 28 Prozent solcher regional neu beobachteten, nicht-einheimischen Arten global gesehen sogenannte neue Neobiota. Die Kontrolle nicht-einheimischer Arten, die erhebliche Risiken bergen, erfordert daher höhere Anstrengungen als bisher, schreibt Senckenberg-Wissenschaftler Dr. Hanno Seebens gemeinsam mit einem internationalen Team, darunter Forschende der Uni Wien, im Fachjournal PNAS.
Quelle: Senckenberg

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Warum wilde Verwandte für Reis so nützlich sind

Reis ist eines der wichtigsten Grundnahrungsmittel. Ertragssteigerungen, die durch herkömmliche Zucht zu erreichen sind, werden den rasant zunehmenden Bedarf an diesem Nahrungsmittel nicht decken können. Genomische Daten von wilden Reisverwandten können dabei helfen, modernen Kulturreis schneller als bisher widerstandsfähiger und ertragreicher zu machen. Unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen wurde dafür die Genome von sieben wilden Reisverwandten und zwei kultivierten Reis-Varietäten sequenziert. Das Portal Pflanzenforschung berichtet über die im Fachjournal Nature Genetics erschienene Studie.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Trockenwälder stärker durch Abholzung bedroht als durch Klimawandel

Ein Großteil der Trockenwälder Ecuadors liegt im Südwesten des Landes, in der Region Tumbes-Chocó-Magdalena. Foto: Patrik Hildebrandt, TUM

Für die weltweit stark bedrohten tropischen Wälder sind Rodungen für Ackerland und der Klimawandel die zwei Hauptgefahren. Forschende der Technischen Universität München (TUM) und des Thünen-Instituts verglichen dazu die Verluste durch Rodung mit denen, die extreme Klimawandel-Szenarien in Ecuador mit sich bringen würden. Obwohl die globale Erwärmung die Artenverteilung verändern dürfte, geht durch Waldrodungen mehr Trockenwälder verloren als durch prognostizierte Klimawandelschäden, resümieren die Forschenden ihre Ergebnisse im Fachmagazin PLOSone.
Quelle: TUM

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Wie Pflanzen einen eigenen Weg der Zellteilung erfanden

Vielzeller teilen ihre Zellen nach zwei verschiedenen Mustern. Eine verfolgen Mensch, Tier und Pilz – die andere findet sich nur bei Pflanzen. Dr. Misoon Park und Professor Gerd Jürgens vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen der Universität Tübingen haben die molekulare Maschinerie hinter der Zellteilung von der Alge zur Blütenpflanze erforscht und können nun den eigenen Weg nachzeichnen, den vor allem die Blütenpflanzen in der Evolution dabei genommen haben. Ihre Studie haben sie in der Fachzeitschrift Developmental Cell veröffentlicht. Die ganz eigene Strategie der Zellteilung sei in der Evolution entstanden, noch bevor aus Algen die ersten Landpflanzen hervorgegangen sind, sagt Jürgens.
Quelle: Uni Tübingen

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Gewinner und Verlierer der Alpenflora

Für die "Verlierer" der derzeitigen Erwärmung, wie für die Alpenaster, steigt der Konkurrenzdruck im hochalpinen Raum. Foto: Stefan Dullinger

Typischerweise reagieren Gebirgspflanzen mit einer "Flucht nach oben" auf den Klimawandel, besiedeln also immer höherer Lagen. Ein Team von ÖkologInnen der Uni Wien um Sabine Rumpf und Stefan Dullinger hat nun gemeinsam mit Schweizer KollegInnen der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) Daten gesammelt, die ein vollständigeres Bild der Reaktion von Alpenpflanzen auf Klimaveränderungen ergeben. Die wichtigsten Trends: Die Verbreitungsschwerpunkte verschieben sich generell nach oben und viele Arten werden innerhalb ihres Verbreitungsgebietes häufiger. Allerdings reagieren Pflanzen in tieferen Lagen schneller und dürften daher die hochalpine Flora zunehmend unter Konkurrenzdruck bringen, berichten die Forschenden im Fachjournal PNAS. Ungleiche Geschwindigkeiten führen dazu, dass Gewinner und Verlierer des Klimawandels sich entlang des Höhengradienten zu sortieren scheinen. Knapp 20 Prozent der Arten sind Verlierer dieser Veränderungen, weil sie heute seltener geworden sind und zugleich ein schmaleres Höhenintervall besiedeln.
Quelle Uni Wien

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Pflaster mit Nano-Technik messen Wasserverdunstung

Mit diesen "Pflastern" mit Graphen messen die Forschenden die Wasserverdunstung in Mais in Echtzeit. Foto: Liang Dong, Iowa State University

Forschende der amerikanischen Iowa State University haben dünne Folien entwickelt mit denen sie die Transpiration von Pflanzen messen können, ohne die Pflanze zu behindern. Die Miniatur-Sensoren aus Graphen, eine spezielle Modifikation von Kohlenstoff auf den Folien, reagieren empfindlich auf Luftfeuchtigkeit und wurden von den Forschenden auf Klebefolien aufgebracht. Auf diese Weise können die Sensoren die Transpirationsrate von Blättern und den Wassertransport in wachsenden Pflanzen erfassen. Das kann in der Nutzpflanzenforschung dazu dienen, solche Pflanzen zu züchten, die Wasser effizienter nutzen als andere, sagen die Forschenden. Ihre Publikation hob das Fachmagazin Advanced Materials Technologies auf das Titelblatt. Die Studie und die Funktion der Graphen-Sensoren stellt das Portal Pflanzenforschung vor.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Parasit legt Verteidigungs-Gene seiner Wirtspflanze lahm

Der Teufelszwirn (Cuscuta campestris) lebt auf Kosten anderer. Die Pflanze windet sich um die Stängel fremder Pflanzen, zapft deren Leitungsbahnen an und saugt Wasser und Nährstoffe heraus. Das führt zu teils erheblichen Ernteeinbußen. Doch damit nicht genug. Forschende konnten jetzt erstmals zeigen, dass Teufelszwirn sogar die Gene seiner Wirtspflanzen manipulieren kann: Er schleust microRNAs in die Wirtspflanzen ein und blockiert damit Gene, die Wirtspflanzen sonst für die Verteidigung gegen ihn nutzen würden. Ließen sich diese DNA-Regionen in den Wirtspflanzen verändern, wären sie für den Teufelszwirn keine so leichte Beute mehr, berichtet das Portal Pflanzenforschung über eine im Fachjournal Nature erschienene Studie.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Bodenbiodiversität wirkt bis in den Supermarkt

Im Boden verborgene Lebewesen können den Nährstoffgehalt von Pflanzen verbessern – das wurde in den vergangenen Jahren umfangreich erforscht. Aber auch Lagerung und Verarbeitung der Ernte lassen sich durch die Bodenbiodiversität positiv beeinflussen, wie sich an einigen Beispielen gezeigt hat. Systematische Forschung fehlt jedoch bislang, berichtet das Portal Pflanzenforschung über eine im Fachjournal Trends in Plant Science erschienene Studie Berliner Forschender.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Wie die Bewirtschaftungsweise klimatauglich optimiert werden kann

Wenn Raps, Gerste und andere Nutzpflanzen sich auf dem Feld im Laufe der Vegetationsperiode abwechseln, ist das gut für die Böden. Diese Fruchtfolge beeinflusst aber auch die Klimabilanz von Brot, Milch und Biokraftstoffen, haben Forschende der TU Berlin im Fachmagazin Agronomy for Sustainable Development geschildert. Demnach verbessern Fruchtfolgen die CO2-Bilanzen von Brot, Milch und Biodiesel. Das Nebenprodukt Stroh, relevant für Nutztierhaltung und Bodenfruchtbarkeit, verschlechtere jedoch die CO2-Bilanz von strohbasierten Biokraftstoffen. Ihre Methode ermöglicht es der Landwirtschaft nun erstmals, die CO2-Bilanzen verschiedener Fruchtfolgen zu vergleichen und damit ihre Bewirtschaftungsweise klimatauglich zu optimieren.
Quelle TU Berlin

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News · Forschungsergebnis

Neue Möglichkeiten für Medizin und Materialwissenschaft

Zellulose ist der weltweit wichtigste Werkstoff biologischer Herkunft. Zellulose macht Pflanzen als Hauptkomponente ihrer Zellwände fest und biegsam zugleich; Holz, Baumwolle und Leinen bestehen fast ausschließlich daraus. Ein Forschungsteam von Prof. Dr. Regine Hengge von der Humboldt- Universität zu Berlin (HU) und ihrer Kollegin Prof. Dr. Lynette Cegelski von der Stanford University in Kalifornien berichten im Fachmagazin Science, dass Bakterien Zellulose nicht nur erzeugen, sondern durch ein Enzym auch chemisch verändern können. Die Entdeckung dieses Prozesses öffnet völlig neue Perspektiven beispielsweise in der Bekämpfung von Krankheiten. Durch gezieltes molekulares Design des Enzyms könnten in Zukunft diverse Varianten von Zellulose mit bisher völlig ungeahnten Materialeigenschaften erzeugt werden.
Quelle: Humboldt-Uni

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News · Forschungsergebnis

Kombi von Abwehr-Genen stärkt Weizen gegen Mehltau

Vom Mehltau befallene Weizenlinie, die keine Pm3-Allele enthält. Foto: Uni Zürich

Wie sich neu entwickelte Weizenlinien mit einer verbesserten Mehltau-Resistenz im Freiland verhalten, haben Pflanzenforscher der Uni Zürich getestet. Sie weisen dadurch nach, dass die Kombination von zwei Varianten eines Resistenzgens den Weizen besser gegen die Pilzkrankheit schützt. Dazu hatten sie vier neue Weizenlinien erzeugt, die jeweils zwei verschiedene Pm3-Genvarianten enthielten. "Tatsächlich zeigten die vier neuen Weizenlinien im Feld eine verbesserte Mehltau-Resistenz gegenüber ihren Elternlinien – während der Versuchsjahre von 2015 bis 2017", erklärt Studienerstautorin Teresa Koller. Im Labor wiesen die Forschenden nach, dass sich die Genaktivität der Elternlinien in den Nachkommen summiert. Die Resultate der Versuche, die sie im Fachjournal Theoretical and Applied Genetics veröffentlichten, dienen in erster Linie dem verbesserten Verständnis des Immunsystems der Pflanzen generell und können auch in der Weizenzüchtung verwendet werden.
Quelle: Uni Zürich

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News · Forschungsergebnis · Politik

Leistungen der Natur für die Menschen brauchen mehr Anerkennung

Kleinräumige, selbstversorgende Landwirtschaft auf einer Flussinsel des Mekong im Süden von Laos. Foto: Roland Krämer, UFZ & iDiv

Vielfältiges Essen, sauberes Wasser und gesunde Luft gehören zu den sichtbarsten Vorteilen, welche die Natur den Menschen bietet. Dies hat zu der kontroversen Überzeugung geführt, dass die Natur hauptsächlich eine Quelle von Leistungen oder Rohstoffen ist. In der Fachzeitschrift Science haben 30 Fachleute, die mit dem Weltbiodiversitätsrat (IPBES) in Verbindung stehen, einen neuen Ansatz präsentiert: die Idee, alle Leistungen der Natur für die Menschen zu nutzen, um sie in Politik und Entscheidungsfindungen einzubringen. Unter den Autoren der Studie sind auch die zwei Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig.
Quelle: iDiv

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News · Forschungsergebnis

Wie Pflanzen Licht wahrnehmen

Studienobjekt: Ackerschmalwand. Foto: Thomas Kunz

Mithilfe des Photorezeptor-Proteins Phytocrom B nehmen Pflanzen Licht wahr und regulieren daraufhin interne Vorgänge wie Samenkeimung, Keimlingsentwicklung, Längenwachstum oder Blütenbildung. Ein Team um Professor Dr. Andreas Hiltbrunner vom Institut für Biologie II der Universität Freiburg hat nun in einer Studie gezeigt, dass die beiden Proteine PCH1 und PCHL die Lichtempfindlichkeit dieses Rezeptors beeinflussen. Mit einer speziellen Methode der Spektroskopie wiesen die Forschenden nach, dass die Dunkelreversion von Phytochrom B fast gänzlich unterdrückt wird, wenn die Menge an PCH1 oder PCHL erhöht ist, während der Prozess beschleunigt wird, wenn PCH1 und PCHL fehlen. Indem die Pflanzen den Wechsel des aktiven in den inaktiven Zustand somit regulieren können, können sie die Lichtempfindlichkeit des Phytochrom B-Photorezeptors den unterschiedlichen Bedingungen anpassen. Ihre Ergebnisse haben die Forschenden in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Quelle: Uni Freiburg

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News · Forschungsergebnis

Warum es für Pflanzen gut sein kann auf Sex zu verzichten

Beim weiß-blühenden Pyrenäenhahnenfuß gibt es sexuelle und asexuelle Sippen. Foto und copyright: Bernhard Kirchheimer

Auch wenn sich die meisten Tiere und Pflanzen sexuelle vermehren, gibt es Arten, die sich teilweise oder ausschließlich asexuell vermehren. Überraschenderweise sind diese asexuellen Arten oft weiter verbreitet als ihre nächsten sexuellen Verwandten. Die Ursachen dieses "Geographische Parthenogenese" genannten Phänomens sind noch nicht geklärt. Eine Arbeitsgruppe des Departments für Botanik und Biodiversitätsforschung der Uni Wien um Stefan Dullinger hat nun gemeinsam mit Forschenden der Uni Göttingen um Elvira Hörandl und einem internationalen Forschungsteam ein Computermodell entwickelt, mit dem sich der nacheiszeitliche Ausbreitungsprozess der sexuellen und asexuellen Sippen des Pyrenäen-Hahnenfußes rekonstruieren lässt. Die im Fachjournal Ecology Letters veröffentlichten Simulationen legen nahe, dass die asexuelle Sippe von größerer Kälteresistenz profitiert, und hat nur indirekt mit dem Verzicht auf sexuelle Reproduktion zu tun. Die asexuelle Fortpflanzung hat dagegen auch direkte Vorteile: "Wenn Pflanzen der sexuellen und der asexuellen Sippe gemeinsam vorkommen, sinkt der Reproduktionserfolg der sexuellen, weil bestäubende Insekten einen Teil des Pollens zu den 'falschen' Blüten tragen", so Bernhard Kirchheimer von der Universität Wien und Erstautor der Studie. Die asexuell reproduzierende Sippe hat dieses Problem nicht, weil ihre Eizellen nicht befruchtet werden müssen. "Aus dieser Situation ergibt sich ein Konkurrenzvorteil, der dazu führt, dass Populationen der asexuellen Sippe die weitere Ausbreitung der sexuellen blockieren können, während das umgekehrt nicht der Fall ist", sagt Kirchheimer. Diese und weitere Simulationen legen nahe, dass sich "Geographische Parthenogenese" nicht auf eine einzige Ursache reduzieren lässt.
Quelle: Uni Wien

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In Hochleistungs-Mais sind mehr Gene aktiv

Erforschen die Gene von Maispflanzen: Professor Dr. Frank Hochholdinger und Jutta Baldauf vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn im Gewächshaus. Foto und © Foto: Barbara Frommann, Uni Bonn

Wenn zwei Mais-Inzuchtlinien miteinander gekreuzt werden, stellt sich regelmäßig ein interessanter Effekt ein: Die Nachkommen sind deutlich ertragsstärker als jede der beiden Elternpflanzen. Forschende der Universität Bonn haben nun eine Reihe unterschiedlicher Kreuzungen untersucht. Wie sie herausfanden waren in den Nachkommen stets sehr viel mehr Gene aktiv als in den Ausgangs-Pflanzen, berichten sie im Fachjournal Current Biology. Die Ergebnisse können eventuell zur Züchtung noch ertragreicherer Maissorten beitragen.
Quelle: Uni Bonn

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Unter Narkose: Anästhetika wirken auch bei Venusfliegenfallen

Auch wenn die Medizin Anästhetika seit über 150 Jahren einsetzt, sind deren Wirkmechanismen noch nicht voll aufgedeckt. Warum genau verlieren Menschen das Bewusstsein oder warum werden Sinne taub? Wie hier die Pflanzenforschung weiterhelfen kann, schildert das Portal Pflanzenforschung. Es stellt die Studie Bonner Forschender vor, die in der Fachzeitschrift Annals of Botany darüber berichten, wie Anästhetika die Bewegungen der Venusfliegenfalle beeinflussen.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Horizontaler Gentransfer verwandelt gutartige Bakterien in Schädlinge

Schmetterlingsflieder mit einer Blattgalle, die durch Rhodococcus-Bakterien verursacht wurde. Foto: Melodie Putnam, OSU

Die allermeisten Arten von Rhodococcus-Bakterien nützen Pflanzen. Rhodokokken können das Wwachstum von Pflanzenwurzeln fördern und sie können es Pflanzen ermöglichen, mehr Wasser und Nährstoffe aus dem Boden aufzunehmen. Menche schaden den Pflanzen jedoch. Der Wandel von der einen in die andere Form findet nach dem Austausch von Plasmid-DNA statt. Das berichten Forschende der Oregon State University (OSU) im Dezember im Open Access-Journal eLife. Jetzt müsse geklärt werden, ob dieser Effekt auch in anderen Bakterienarten auftritt, schreibt das Portal Pflanzenforschung.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen aufgeklärt

Modelkomplexe für den entatischen Zustand optimieren die Energie der Start- und Endgeometrien, um schnelle Reaktionen zu ermöglichen (illustriert durch die Hügellandschaft). Grafik: Sonja Herres-Pawlis, RWTH Aachen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger bioanorganischer Elektronentransfersysteme im Detail aufgeklärt. Die Forschenden konnten mit einer Kombination unterschiedlichster, zeitaufgelöster Messmethoden, unter anderem an DESYs Röntgenlichtquelle PETRA III, zeigen, dass sogenannte vorverspannte Zustände photochemische Reaktionen beschleunigen oder überhaupt erst ermöglichen. Ihre Ergebnisse publizierten die Forschenden, unter ihnen Forschende der Rheinisch-Westfälisch Technischen Hochschule Aachen (RWTH Aachen) im Fachjournal Nature Chemistry.
Quelle: RWTH Aachen

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Wetterphänomen beeinflusst extreme Samenjahre europäischer Bäume

In sogenannten Mastjahren produzieren Waldbäume, wie diese Buche, enorme Mengen von Samen. Foto: Ulrich Wasem, WSL

Ein internationales Forscherteam hat herausgefunden, dass die sogenannte Nordatlantische Oszillation (NAO) die Samenproduktion von Buche und Fichte in ganz Europa synchronisiert. Das Wetterphänomen beeinflusst damit das Auftreten von sog. Mastjahren, in denen Waldbäume enorme Mengen von Samen produzieren. Wie die Forschenden mit Beteiligung der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) im Fachmagazin Nature Communications berichten, synchronisiere demnach eine starke NAO das Klima in ganz Europa und könne die Samenproduktion bestimmter Baumarten großräumig beeinflussen.
Quelle: WSL

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Wie der Klimawandel das Pflanzenwachstum verändert

Die Ackerschmalwand dient in der Forschung häufig als Modellorganismus. Foto: Markus Scholz, MLU

Die globale Erderwärmung beeinflusst nicht nur die Artenvielfalt von Pflanzen. Sie verändert sogar das Pflanzenwachstum selbst. Welche molekularen Prozesse dabei ablaufen, hat eine Forschergruppe der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB) herausgefunden. In der aktuellen Ausgabe der international Fachzeitschrift Current Biology präsentiert die Gruppe neue Erkenntnisse über den Mechanismus, der das Wachstum bei hohen Temperaturen steuert. Dies könnte dabei helfen, künftig wärmetolerantere Pflanzen zu züchten.
Quelle: MLU

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Tote Bäume haben zahlreiche und treue Begleiter

In drei Waldregionen Deutschlands haben Forschende die Holzstämme verschiedener Baumarten ausgelegt und deren Besiedlung untersucht. Foto: Witoon Purahong, UFZ

Holzbewohnende Pilze werden bislang wenig erforscht. Dabei sind sie für die Ökologie in Wäldern sehr wichtig, weil sie Totholz zersetzen und somit den kompletten Stoffkreislauf zwischen Pflanzen und Boden ermöglichen. Bodenbiologen des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben nun herausgefunden, dass die Artenzahl von Pilzen im Totholz um das Zwölffache höher ist als bislang angenommen. Zudem werden Bäume nach ihrem Absterben artspezifisch von unterschiedlichen Pilzgemeinschaften besiedelt, schreiben sie im Fachmagazin ISME-Journal (Multidisciplinary Journal of Microbial Ecology).
Quelle: UFZ

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Trend: Mikroben-assoziierte Landwirtschaft

Viele Agrarökosysteme haben bereits ihre maximale Belastungs- und Leistungsfähigkeit erreicht. Gleichzeitig steigt der Bedarf an landwirtschaftlichen Produkten. Landwirtschaft und ökologische Systeme können nicht mehr getrennt betrachtet werden, so wie es lange Zeit geschehen ist. Daher haben Forschende verstärkt die vielfältigen Interaktionen zwischen Boden und Pflanze analysiert. Dieses Wissen soll nun für eine optimierte Nahrungspflanzenproduktion sowie für den Umweltschutz zusammengetragen und ausgewertet werden, berichtet das Portal Pflanzenforschung über einen Aufsatz im Fachjournal Trends in Ecology and Evolution.
Quelle: Pflanzenforschung.de

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Sauerstoffarmut im Ozean nimmt zu

Wasserentnahme mit einem Kranzwasserschöpfer zur Analyse der Sauerstoffminimumzonen im tropischen Atlantik und Pazifik. Foto: Martina Lohmann, GEOMAR

Die Gebiete mit extremer Sauerstoffarmut wachsen sowohl im offenen Ozean als auch in Küstenregionen. Zu diesem Ergebnis kommt ein internationales Wissenschaftsteam unter Beteiligung des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel und des Kieler Sonderforschungsbereich 754. In der bisher umfangreichsten Studie zu diesem Thema, die heute in der Fachzeitschrift Science erscheint, zeigen die Autorinnen und Autoren auch mögliche Folgen dieser Entwicklung und bieten Lösungsansätze. Als Ursachen machen sie die globale Erwärmung sowie Überdünung aus. Letztere führt zu Algenblüten, die nach dem Absterben der Algen viel Sauerstoff verbrauchen.
Quelle: GEOMAR

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Wassersparen bei Sukkulenten abgeschaut

Wasser ist kostbar und könnte in Zukunft immer knapper werden. Denn Klimawandel und Bevölkerungswachstum werden dafür sorgen, dass immer mehr Frischwasser verbraucht wird, da der Anbau von Nahrungspflanzen sehr viel Wasser verbraucht. Forschende arbeiten daher daran, den Wasserverbrauch von Pflanzen zu reduzieren. Das Portal Pflanzenforschung stellt dazu zwei Studien aus den Fachjournalen Nature Communication und aus PLoS Genetics vor. Das eine Forscherteams arbeitet an der Entschlüsselung der Bausteine der CAM-Photosynthese das andere an der Trockentoleranz, die bei der Pflanze Arabidopsis vom Karrikin-Rezeptor KAI2 beeinflusst wird.
Quelle. Pflanzenforschung.de

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Jasmonat: Bypass pflanzlicher SOS-Signale entdeckt

Den neuen Weg zur Bildung von Jasmonaten, die als Schutz bei Raupenfraß gebildet werden, haben Forschende um Professor Dr. Andreas Schaller entdeckt. Foto: Uni Hohenheim

Wenn Schadinsekten über eine Pflanze herfallen, setzt sich diese zur Wehr. Sie bildet Schutz-Substanzen, die für die Insekten giftig sind. Diese Abwehrreaktion wird von einem Botenstoff ausgelöst, dem Pflanzenhormon Jasmonat. Und dessen Biosynthese gilt seit fast zwei Jahrzehnten als aufgeklärt. Doch nun haben Pflanzenphysiologen der Universität Hohenheim und des Madrider National Center for Biotechnology (CN