Ob in Afrika oder Europa: Die Folgen des Klimawandels sind für Landwirte schon heute spürbar. Bedeutende Nutzpflanzen wie Reis und Getreide leiden unter der globalen Erwärmung, was wiederum die Ernte der Bauern schmälert. Wie der Klimawandel das Pflanzenwachstum verändert, haben Forscher der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB) untersucht. Die Forscher nahmen dabei erstmals den molekularen Prozess, der das Wachstum der Pflanze bei Wärme beeinflusst, ins Visier.

Signalweg für temperaturgesteuertes Pflanzenwachstum

Frühere Studien haben gezeigt, dass das Protein PIF4 das Pflanzenwachstum direkt temperaturabhängig steuert: Bei Kälte ist PIF4 wenig aktiv und die Pflanze wächst nicht. Bei höheren Temperaturen aktiviert das Protein hingegen Gene, die das Pflanzenwachstum ankurbeln. „Bisher war aber nicht klar, woher die Pflanze weiß, wann sie wieviel PIF4 aktivieren soll. Der genaue Signalweg für ein temperaturgesteuertes Wachstum hatte große Lücken", sagt Marcel Quint von der MLU. Diese Lücken konnten er und sein Forscherteam nun schließen.

Im Fachjournal „Current Biology“ beschreiben die Forscher erstmals den molekularen Prozess, der das Wachstum bei hohen Temperaturen steuert. Dafür untersuchten sie das Wachstumsverhalten von Keimlingen der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Diese bilden bei Temperaturen um 20 Grad Celsius kurze Stengel aus, während sie bei 28 Grad deutlich in die Höhe schießen.

Spezielles Hormon reguliert Wachstumsprozess bei Wärme

Im Labor identifizierten die Wissenschaftler dann Pflanzen mit einem Gendefekt, die auch bei 28 Grad Celsius nur kurze Stengel bilden, und suchten nach den Ursachen für das fehlende Wachstum. Dabei stießen sie auf ein Hormon, das bei hohen Temperaturen das PIF4- Gen verstärkt anschaltet und so das Protein bildet. In den mutierten Pflanzen blieb diese Reaktion aus. „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", fasst Quint die Studie zusammen.

Basis für Züchtung wärmetoleranter Pflanzen

Die Erkenntnisse der hallenser Forscher könnten helfen, künftig wärmetolerantere Pflanzen zu züchten. Die Untersuchung wurde bis Ende 2016 von der Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert und nun in einem Folgeprojekt weitergeführt.

bb