Studie: Wie der Klimawandel das Pflanzenwachstum verändert

29.05.2018 Forschung & Technik

Molekularwissen kann bei zukünftiger Züchtung helfen

Der Klimawandel und die damit einhergehende globale Erderwärmung verändern die Artenvielfalt und beeinflussen das Pflanzenwachstum. Wissenschaftler der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB) haben herausgefunden, welche molekularen Prozesse dabei ablaufen. Dieses Wissen kann zukünftig bei der Züchtung von wärmetoleranten Pflanzen helfen.

Wie der Mechanismus funktioniert, der das Pflanzenwachstum bei hohen Temperaturen steuert, dazu gibt es seit kurzem neue Erkenntnisse. Da sich die Pflanzen nicht selber bewegen können, um auf Temperaturschwankungen zu reagieren, haben sie im Laufe der Evolution andere Fähigkeiten ausgebildet: sie wachsen vor allem in die Höhe, wenn sie sich abkühlen möchten. „Ihr Spross wird länger, die Blätter werden schmaler und stehen weiter voneinander ab. Dadurch wird die Pflanze jedoch insgesamt instabiler", sagt der Agrarwissenschaftler Professor Dr. Marcel Quint von der MLU.

Höhere Pflanzen meist instabil

Beim Getreide ist genau dieser Effekt unerwünscht. Instabilere Pflanzen knicken bei Regen und Wind schneller ab und erzeugen weniger Biomasse und wertvolle Inhaltstoffe wie Protein im Korn. Das Forscherteam um Professor Quint untersuchte die molekularen Zusammenhänge zwischen Temperatur und Pflanzenwachstum näher. Frühere Studien zeigten, dass das Protein PIF4 das Pflanzenwachstum direkt steuert und temperaturabhängig ist. Bei Kälte wächst die Pflanze nicht, bei steigenden Temperaturen aktiviert PIF4 wachstumsfördernde Gene. Die Forscher haben den Signalweg dazu bei Keimlingen der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) näher untersucht. Im Labor identifizierten die Wissenschaftler Pflanzen mit einem Gendefekt, die auch bei 28 Grad Celsius nur kurze Stängel bildeten. Normalerweise wären die Stängel bei dieser Temperatur länger. Sie fanden ein Hormon, das bei hohen Temperaturen dafür sorgt, dass das PIF4- Gen verstärkt angeschaltet und so das Protein gebildet wird. In den mutierten Pflanzen kam diese Reaktion nicht zustande. "Wir haben jetzt die Rolle dieses speziellen Hormons in diesem Signalweg entdeckt und so erstmals einen Mechanismus gefunden, über den der Wachstumsprozess bei Wärme positiv reguliert wird", erklärt Quint. Zukünftig kann mit diesem Grundlagenwissen vielleicht standfesteres Getreide gezüchtet werden.

Quelle: Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg / Gabot.de