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28.03.2017

Blühzeiten ans Klima anpassen

Pflanzen können Umwelteinflüsse mithilfe genetischer Programme erkennen. Das hilft ihnen, sich an unterschiedliche Klimazonen anzupassen, wie Münchner Forscher berichten.

Für viele Pflanzenarten gibt es Initiativen, welche die Genomsequenz vieler Unterarten und Sorten erfassen.
Für viele Pflanzenarten gibt es Initiativen, welche die Genomsequenz vieler Unterarten und Sorten erfassen.
Quelle: 
Regnault/ TUM

Im Frühjahr erwacht die Natur aus ihrem Winterschlaf. Nach und nach drängt aus den neuen Knospen sattes, frisches Grün hervor. Dass viele Pflanzenarten im Frühjahr zu unterschiedlichen Zeiten blühen, weiß jeder. Der Zeitpunkt des Blühens im Frühling richtet sich nicht nach dem Kalender, sondern nach Umweltfaktoren wie Temperatur und Tageslänge. Bei anhaltender Kälte lässt sich die Pflanze beispielsweise Zeit und bremst den Austrieb der Blüten. Forscher der Technischen Universität München (TUM) haben nun herausgefunden, dass dieser Mechanismus offenbar genetisch bestimmt wird. So beeinflussen Temperatur und Umwelteinflüsse bestimmte molekulare Vorgänge, wann Forsythie oder Flieder in voller Blüte stehen. Ein Team um den Systembiologen Ulrich Lutz hatte dafür gemeinsam mit Wissenschaftlern vom Helmholtz-Zentrum München Sequenzen des Gens FLM (Flowering Locus M) aus über tausend Genomsequenzen der Modellpflanze Arabidopsis thaliana analysiert. Die Studie wurde im Fachjournal „eLife“ veröffentlicht.

DNA-Veränderung nur bei Anpassungsvorteil für Pflanze

Der Studie zufolge bindet das FLM-Genprodukt direkt an die DNA und kann damit die Herstellung anderer Gene beeinflussen und so das Blühen hinauszögern. Zugleich konnte Lutz aufzeigen, welche genetischen Mutationen evolutionär am erfolgreichsten waren. Demnach etablieren sich im Erbgut meist nur die genetischen Veränderungen, die der Pflanze einen Anpassungsvorteil bieten. Mutationen, die nicht vorteilhaft waren, blieben dagegen im Laufe der Entwicklung auf der Strecke.

FLM-Gen dimmt Blühzeiten wie Lichtregler

Die Münchner Forscher konnten aber auch aufzeigen, dass von den Genveränderungen abhängt, wie häufig und effizient FLM im Erbgut der Ackerschmalwand abgelesen wird. Wie das Team schreibt, agiert das Gen FLM ähnlich wie ein Lichtdimmer, über den die Pflanze die Genaktivität und damit das Blühen quasi stufenlos regulieren kann. Auch über Genveränderungen, die das sogenannte Gen-Spleißen beeinträchtigen, bei dem Teile aus dem Genprodukt herausgeschnitten werden, kann die Menge an aktivem FLM angepasst werden. Damit haben die Münchner Forscher eine direkte Abhängigkeit des Blühzeitpunkts von der Menge des FLM-Gens gefunden, die zumindest in der Modellpflanze Arabidopsis über die DNA-Sequenzveränderungen feinjustiert werden kann.

Blühzeiten dem Klimawandel anpassen

Die Forscher sind überzeugt, dass ihre Ergebnisse zukünftig helfen könnten, auch die Blütezeit von Nutzpflanzen an veränderte Klimabedingungen anzupassen. Denn schon Temperaturänderungen von wenigen Grad Celsius während der Wachstumsphase von Kulturpflanzen wie Raps oder Zuckerrübe haben eine negative Auswirkung auf die landwirtschaftliche Produktion. Über eine Regulierung des FLM-Gens könnten entsprechend angepasste Sorten entwickelt werden, so die Idee der Forscher. Mit klimaunabhängigen Pflanzen wäre auch die Basis geschaffen, die Nahrungsmittelproduktion effizienter zu gestalten. „Die von uns identifizierten FLM-Varianten sind ideale Kandidatengene, die die Ackerschmalwand benutzen kann, um den Blühzeitpunkt an die durch den Klimawandel bedingten Temperaturveränderungen anzupassen", unterstreicht Claus Schwechheimer vom TUM-Lehrstuhl für die Systembiologie der Pflanzen.

bb

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