Wochenchronik: Pflanzenforschung und Botanik #8 (2019)

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)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Torf ist der wichtigste Ausgangsstoff für Substrate im Gartenbau. Doch mit seiner Verwendung sind auch klimaschädliche Auswirkungen verbunden. Das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) fördert daher die Entwicklung von Alternativen zur Torfverwendung in Kultursubstraten. Projektideen können bis zum 28. Juni 2019 beim Projektträger Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (ptble) und bei der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) eingereicht werden. Das melden die beiden beim Informationsdienst Wissenschaft (idw).

Quelle: idw