Die Erforschung der Reaktionen von Pflanzen auf Umweltbelastungen ist der Schlüssel zu einer nachhaltigen Landwirtschaft
Neue Forschungsergebnisse zur molekularen Reaktion von Pflanzen auf mechanische Reize werfen ein neues Licht auf ihre Reaktion auf Umweltstressoren und ihre Entwicklung.
Ein Forscherteam in Schweden gewann neue Erkenntnisse über die molekularen Mechanismen, die mit den Reaktionen von Pflanzen auf Umweltstressoren wie Berührung, Rückschnitt oder Infektion zusammenhängen.
Die Wissenschaftler untersuchten die inneren Abläufe solcher Reaktionen und das daraus resultierende Verhalten der Pflanze und entdeckten dabei neue entscheidende genetische Faktoren, die sich auf die Ernteerträge auswirken könnten.
„Wir haben einen völlig neuen Signalweg identifiziert, der die Reaktion einer Pflanze auf physischen Kontakt und Berührung steuert. Nun geht die Suche nach weiteren Signalwegen weiter.
Das Team der Universität Lund bekräftigte, dass Pflanzen auf mechanische Reize reagieren, um besser mit spezifischen Umweltbedrohungen fertig zu werden.
Die in „Science Advances“ veröffentlichte Studie erklärte, dass „mechanische Stimulation schnelle Veränderungen der Genexpression auslöst und das Aussehen der Pflanze (Thigmomorphogenese) sowie die Blüte beeinflusst.“
Siehe auch: NASA-Klimawissenschaftler gewinnt World Food PrizeDie Thigmomorphogenese wird durch wiederholte Stimulation ausgelöst und umfasst signifikante Veränderungen der Pflanzenmorphologie, wie zum Beispiel Zwergwuchs, Markbildung, veränderte mechanische Eigenschaften des Stängels, verzögerte Blüte, verbesserte Verankerungsfestigkeit der Wurzeln und verringerte Stomataöffnung.
Solche Veränderungen verbessern in der Regel die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegen starken Wind und ihre Reaktion auf Infektionen. Darüber hinaus könnten diese Veränderungen die Widerstandsfähigkeit gegen Kälte, Salzgehalt oder Trockenheit stärken.
Die neue Forschung und einige andere Studien, die ähnliche Pflanzenreaktionen untersuchen, tragen zu einem wachsenden Wissen über Mechanismen bei, von denen Wissenschaftler glauben, dass sie für die Verbesserung landwirtschaftlicher Techniken entscheidend sein könnten.
„Mechanostimulation hat als potenzielle Methode für nachhaltige landwirtschaftliche Praktiken zur Verbesserung der Ernährungssicherheit zunehmend Aufmerksamkeit erlangt“, schrieben die Forscher.
„Die Reaktion der Pflanzen auf mechanische Stimulation ist jedoch sehr komplex, da sie von der Intensität der mechanischen Belastung und der Häufigkeit der Exposition abhängt“, fügten sie hinzu. „Das Verständnis der molekularen Mechanismen der mechanischen Wahrnehmung und der Thigmomorphogenese bei Pflanzen ist unerlässlich, um diese Methode in der großflächigen Landwirtschaft anzuwenden.“
Frühere Forschungen identifizierten molekulare Mechanismen im Zusammenhang mit der Mechanoperzeption von Pflanzen. Andere Studien wiesen auf den wichtigen Zusammenhang zwischen Jasmonsäure und Berührungssignalen hin.
„Trotz langjähriger Forschung darüber, wie Transkriptionsreaktionen auf mechanische Reize in Pflanzen gesteuert werden, konnten bisher nur wenige Regulatoren identifiziert und konsistent validiert werden“, schrieben die Forscher.
„Hier haben wir Reverse Genetics eingesetzt, um die molekularen Mechanismen, die der Berührungssignalisierung zugrunde liegen, weiter zu charakterisieren“, fügten sie hinzu.
So erklärte beispielsweise Olivier Van Aken, Biologe an der Universität Lund, gegenüber dem Magazin ScienceAlert: „Wir setzten die Pflanze Arabidopsis thaliana sanften Bürstbewegungen aus, woraufhin Tausende von Genen aktiviert und Stresshormone freigesetzt wurden. Anschließend nutzten wir genetisches Screening, um die für diesen Prozess verantwortlichen Gene zu identifizieren.“
Laut seinem Kollegen Essam Darwish lösen die Studienergebnisse „ein wissenschaftliches Rätsel, das den Molekularbiologen weltweit seit 30 Jahren ein Rätsel war.“
„Wir haben einen völlig neuen Signalweg identifiziert, der die Reaktion einer Pflanze auf physischen Kontakt und Berührung steuert“, fügte er hinzu. „Nun geht die Suche nach weiteren Signalwegen weiter.“
Die Forscher glauben, dass ein besseres Verständnis dieser Mechanismen neue Möglichkeiten für die weltweite Landwirtschaft eröffnen könnte, da Klimawandel und Konflikte die Ernährungssicherheit in vielen Regionen bedrohen.
„Angesichts der extremen Wetterbedingungen und Krankheitserregerinfektionen, zu denen der Klimawandel führt, ist es von größter Bedeutung, neue ökologisch verantwortungsvolle Wege zu finden, um die Ernteerträge und die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen zu verbessern“, schloss Van Aken.