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27.10.2017

Wurzeln weichen Nässe aus

Wurzeln weichen bei Nässe auf trockenere Gefilde aus, wie Kieler Forscher herausfanden. Der Schutzmechanismus wird dabei vom Phytohormon Auxin gesteuert.

Um das Root Bending zu untersuchen, verwendeten die Forscherinnen Acker-Schmalwand-Keimlinge, die unter kontrollierten Bedingungen gezüchtet wurden.
Bei besonders nassen und sauerstoffarmen Bodenverhältnissen weichen die Wurzeln der Ackerschmalwandkeimlinge horizontal aus. Gesteuert wird der Prozess durch das Phytohormon Auxin.
Quelle: 
Emese Eysholdt-Derzsó

Der viele Regen in diesem Jahr hat Landwirte bundesweit um ihre Ernte bangen lassen. Felder standen unter Wasser und setzten Nutzpflanzen wie Raps und Weizen zu. Experten fürchten, dass solche Wetterextreme in Zukunft noch häufiger auftreten werden. Forscher der Christian-Albrechts-Universität Kiel haben untersucht, wie der Klimawandel das Wachstum der Pflanzen beeinflusst. Im Fokus der aktuellen Studie stand die Frage, wie Pflanzen auf vorübergehenden Nässestress reagieren. Wie das Kieler Team im Fachjournal „Plant Physiology“ berichtet, weichen die Wurzeln besonders nassen und sauerstoffarmen Bodenbereichen horizontal aus, statt weiter in die Tiefe zu wachsen.

Folgen und Anpassungsverhalten bei Staunässe untersucht

Dafür haben Entwicklungsbiologin Emese Eysholdt-Derzsó und Kollegen sieben Tage alte Keimlinge der bekannten Modellpflanze Ackerschmalwand abwechselnd mit nassen und sauerstoffarmen oder aber normalen Wachstumsbedingungen konfrontiert. „In ihrer Arbeit beschreibt Eysholdt-Derzsó erstmals im Detail, welche Auswirkungen Staunässe und der damit verbundene Sauerstoffmangel auf das Wachstum der Acker-Schmalwand-Wurzeln hat und welche genetischen Mechanismen die Anpassung der Pflanze steuern“, erklärt die Leiterin der Forschungsgruppe, Margret Sauter.

Wurzeln meiden Nässe

Die Versuche zeigten: Wurzeln versuchen besonders nassen und sauerstoffarmen Böden auszuweichen. Die Forscher identifizierten einen genetisch festgelegten Regelmechanismus der dafür sorgt, dass die Wurzeln nicht wie üblich nach unten wachsen, sondern eine Biegung machen. Die Wurzeln weichen stattdessen horizontal in Richtung trockenerer und damit sauerstoffreicherer Böden aus. „Wir konnten zeigen, dass dieser Ablauf reversibel ist. Sobald ausreichend Sauerstoff zur Verfügung steht, wachsen die Wurzeln wieder wie üblich nach unten“, sagt die Erstautorin Eysholdt-Derzsó.

Das Phytohormon Auxin (fluoreszierend am rechten Bildrand) hemmt das Wachstum einseitig und krümmt dadurch die Arabidopsis-Wurzel.
Quelle: 
: Emese Eysholdt-Derzsó

Das Phytohormon Auxin (fluoreszierend am rechten Bildrand) hemmt das Wachstum einseitig und krümmt dadurch die Arabidopsis-Wurzel.

Wachstumshormon steuert Ausweichmanöver

Das Biegen der Wurzel wird als Root Bending bezeichnet. Gesteuert wird diese durch das Phytohormon Auxin und seiner Verteilung in der Wurzel, wie die Forscher mithilfe einer Fluoreszenz-Methode darstellen konnten. Zugleich konnten sie entschlüsseln, welche Gene den Prozess regulieren. Demnach bestimmen 5 der 130 sogenannten ERF-Transkriptionsfaktoren der Acker-Schmalwand die Reaktion der Wurzel bei Nässestress. Diese wiederum aktivieren Gene, die für eine gezielte Verteilung des pflanzlichen Wachstumshormons Auxin in der Wurzel sorgen. Das Phytohormon wird dabei ungleichmäßig im Wurzelgewebe verteilt, wobei höhere Konzentrationen das Wachstum hemmen und die Wurzeln dadurch eine Biegung machen. Die Studie der Kieler Forscher wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert. Die Erkenntnisse zur Staunässe-Toleranz der Ackerschmalwand sind die Grundlage für die Züchtung von Pflanzen, die auch unter extremen Wetterbedingungen wachsen. Denn Ziel der Forscher ist es, die neuen Erkenntnisse auch auf andere Nutzpflanzen übertragen zu können, um Ertragseinbußen in der Landwirtschaft zukünftig zu reduzieren.

bb

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