Innovative Bestäubungsforschung für die Landwirtschaft
Bei Pflanzen sind Aussehen, Duft und Geschmack der Blüten für die Befruchtung wichtig, da so Bestäuber wie Insekten oder Kleintiere angelockt werden, die den Pollen von Blüte zu Blüte tragen. Über welche biologischen Prozesse Pflanzen diese Signale für Bestäuber generieren, erforschte kürzlich Dr. Monica Borghi, deren Studie zur Entwicklung dieser Eigenschaften mit einem Marie Skłodowska-Curie-Stipendium an der Universität Wageningen in den Niederlanden gefördert wurde. "Pflanzen locken Bestäuber über einer Reihe von Substanzen an, die sie in ihren Blüten produzieren, u.a. duftende, farbige Moleküle und Nektar, der für Bestäuber Nahrungsgrundlage ist. Wie Pflanzen diese Merkmale in Blüten steuern, damit eine erfolgreiche Bestäubung stattfinden kann, wollten wir nun genauer erforschen", erklärt Borghi. Der wirtschaftliche Wert der Bestäuberleistung in der Landwirtschaft beträgt weltweit mehr als 200 Mrd. Dollar und sichert Ertragsleistung und Qualität bei Obst- und Gemüsepflanzen. Pflanzen wie Weizen, Mais und Reis sind Selbstbestäuber. Viele Agrarpflanzen wie Erdbeeren, Äpfel, Birnen, Zwiebeln, Melonen und Kaffee sind aber für die Befruchtung auf Bestäubung angewiesen, und diese Leistung wird von Tieren erbracht. Daher wird nun intensiv an den Signalen geforscht, mit denen Bestäuber angelockt werden, um auf dieser Basis neue biologische Verfahren für bessere Ertragsleistung und Qualität zu entwickeln. Dr. Borghi, die im Pflanzenbiologielabor von Harro Bouwmeester forscht, untersuchte an Arabidopsis-Pflanzen chemische Substanzen bzw. Metaboliten, die über Blüten freigesetzt werden. Dazu gehören Nektar und Pollen, die aus Zuckerverbindungen, Proteinen und anderen biologischen Molekülen bestehen und bestimmte Düfte oder Farben erzeugen. "Arabidopsis gehört zur Familie der Kohlgewächse, bei der die Bestäubungsleistung für die Samenproduktion wichtig ist. In diese Kategorie fallen auch Raps und viele Gemüsekohlsorten", erklärt Dr. Borghi. Da zum 2001 sequenzierten Genom von Arabidopsis bereits eine große Datenbank existiert, kann nun nach jenen Genen gesucht werden, die Produktion von Duft, Farbe und Nektar regulieren. Im Rahmen des zweijährigen, im Juni abgeschlossenen Projekts extrahierte Dr. Borghi die chemischen Substanzen, die für Farbe und Duft verantwortlich sind, sowie Zuckerverbindungen und Proteine aus dem Nektar gefrorener Blüten. Anschließend wurden diese mit verschiedensten Chromatographie- und Spektrometrietechniken analysiert, um die Daten mit genetischen Informationen abzugleichen. "Wir wollen herauszufinden, welche Gene in den Blüten die Produktion von Signalen für Bestäuber kontrollieren", erklärt Dr. Borghi. Um zu beurteilen, inwieweit ein bestimmter Aspekt eine Blüte attraktiv für Bestäuber macht, experimentierte Dr. Borghi mit Schwebfliegen. Hierfür generierte sie "Knock-out"-Arabidopsis-Pflanzen mit Gendefekten für die Produktion von Metaboliten, die Farbe, Duft und Nektar in Blumen erzeugen. "Bei den Experimenten mussten unsere Versuchsfliegen zwischen Wildtyp und genetisch defekten Pflanzen wählen, und diese Präferenzen haben wir dann aufgezeichnet. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Fliegen sehr gut zwischen den Pflanzen unterscheiden konnten und schnell lernten, welche Pflanzen den größten Ertrag wie etwa Nektar bringen." sagt Dr. Borghi. "Wir ermittelten große Datenmengen zur Genexpression und Metabolitenzusammensetzung bei der Blütenentwicklung und wollen nun neue Hypothesen zur pflanzlichen Regulierung von Duft, Farbe und Nektar aufstellen und validieren", so Dr. Borghi. Das Projekt wird derzeit am Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam-Golm fortgesetzt.
Schlüsselbegriffe
MEPOL, Bestäubung, Signale für Bestäuber, chemische und visuelle Kommunikation, Nektar, Arabidopsis