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08.11.2018

Dürretoleranz bei Pflanzen erkunden

Pflanzen reagieren sehr unterschiedlich auf Wassermangel. Eine Ursache dafür fanden Bonner Wissenschaftler im Genom zweier nah verwandter Lindernia-Arten.

Lindernia brevidens und die nahe verwandte Art Lindernia subracemosa reagieren sehr unterschiedlich auf Wassermangel.
Lindernia brevidens und Lindernia subracemosa sind zwei nah verwandte Pflanzenarten, die sehr unterschiedlich auf Wassermangel reagieren - L. brevidens übersteht Trockenphasen problemlos.
Quelle: 
Xiaomin Song/Universität Bonn

Ohne Wasser kann kaum keine Pflanze überleben. Und doch gibt es Gewächse, die durchaus wochenlang der Trockenheit trotzen können, während andere schon nach wenigen Tagen eingehen. Woran liegt das? Seit langem versuchen Forscher dieses Rätsel zu lösen. Auch Wissenschaftler der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn sind dieser Frage nachgegangen. Gemeinsam mit US-amerikanischen Kollegen haben sie das Genom zweier verwandter Pflanzen entschlüsselt, die ganz unterschiedlich auf Dürreperioden reagieren.

Genetische Unterschiede bei Trockentoleranz 

Im Fokus der Untersuchung standen zwei Pflanzenarten der Gattung Lindernia: Lindernia brevidens und Lindernia subracemosa. Die in Ostafrika beheimateten Pflanzen sind nah verwandt, reagieren aber sehr unterschiedlich auf Wassermangel. Während L. brevidens Trockenphasen problemlos übersteht, ist L. subracemosa diesbezüglich sehr empfindlich. Wie die Forscher im Fachjournal „The Plant Cell“ berichten, stießen sie bei der Entschlüsselung der Genome beider Pflanzen auf charakteristische Unterschiede, die vermutlich mit der Trockentoleranz zusammenhängen.

Unterschiede schon bei geringem Dürre-Stress sichtbar

Zwar war die genetische Ausstattung der Lindernia-Pflanzen zu 90% identisch, wie die Forscher berichten. Doch einige, für die Dürrertoleranz verantwortlichen Gene, lagen bei L. brevidens in deutlich höherer Zahl vor, manche von ihnen in bis zu 26 Kopien. Die anschließende Suche nach Genen, die bei Trockenheit aktiv sind, zeigte, wie eklatant unterschiedlich diese verwandten Pflanzen auf Wassermangel reagieren, und das bereits in frühen Phasen der Trockenheit: „Schon bei mildem Dürre-Stress überlappen sich die genetischen Antworten der Pflanzen kaum“, sagt Dorothea Bartels vom Institut für Molekulare Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen (IMBIO) an der Universität Bonn. Demnach scheinen die Blätter von L. brevidens in einen vergleichbaren Modus umzuschalten, wie er normalerweise in Samen vorzufinden ist. Diese wiederum sind oft auch nach langer Trockenheit noch keimfähig.

Unterschiedliche Reaktion durch winzige genetische Änderung

Als Ursache für die unterschiedlichen Reaktionen der Linderia-Pflanzen sehen die Forscher winzige genetische Änderungen in den Kontrollregionen, die die Aktivität der Gene regulieren. Selbst wenn der genetische Code in diesem Bereich nur an einem Punkt abweiche, könne dies die Funktion der Gene drastisch beeinflussen, schreiben die Forscher. „Wir haben bei Lindernia subracemosa Änderungen gefunden, die in der Konsequenz dafür sorgen, dass bestimmte Dürreretoleranz-Gene gar nicht mehr abgelesen werden“, erklärt Bartels und fügt hinzu: „Es ist mit Sicherheit nicht so, dass diese Fähigkeit Konsequenz eines einzigen Gens ist.“ Die Bonner Forscher sind zuversichtlich, dass ihre Erkenntnisse langfristig dazu beitragen, neue Nutzpflanzen zu züchten, die Trockenphasen länger standhalten.

bb

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