Schlüssel-Gen ermöglicht Pflanzen Anpassung an den Klimawandel
Eine Gruppe britischer Forscher entdeckte in Genversuchen, wie Pflanzen sich an Temperaturveränderungen anpassen und so ihr Wachstum steuern. Das durch den Europäischen Forschungsrat (ERC) und das John Innes Centre finanzierte Forscherteam untersuchte an der Ackerschmalwand (Arabidopsis), welche Gene die Reaktion auf Temperaturschwankungen regulieren und wie die Pflanze sich genetisch dem zunehmend wärmeren Klima anpasst. Der im Fachblatt Cell veröffentlichte Artikel beschreibt, wie Pflanzen über ein "Thermometer-Gen" Wachstum und Entwicklung steuern. Die Entdeckung könnte neue Züchtungsverfahren hervorbringen, die Pflanzen widerstandsfähiger gegen Klimaveränderungen machen. Die Wachstumszyklen vieler Pflanzen sind bereits stark vom veränderten Klima betroffen, was zu einer Neuverteilung der Arten rund um den Erdball führt und herkömmliche Wachstums- und Blühphasen durcheinanderbringt. Pflanzen reagieren sehr empfindlich auf Temperaturveränderungen, denn diese steuern die Wachstums-, Blüh- und Reifephasen. Pflanzen registrieren bereits Veränderungen von 1°C und sind im Verlauf eines Jahres häufigen und extremen Temperaturschwankungen ausgesetzt, z.B. beim Wechsel von Nacht und Tag oder bei jahreszeitlichen Witterungswechseln. Dabei gibt die umgebende Lufttemperatur den Ausschlag, ob die Pflanze wächst oder in den "Energiesparmodus" schaltet. Welche Prozesse bei dieser Wachstumsregulierung jedoch genau ablaufen, war bislang ein Rätsel. Ein Forscherteam vom John Innes Centre des britischen Forschungsrates für Biotechnologie und Biowissenschaften (BBSRC) hat dieses Geheimnis nun gelüftet und entdeckte den Mechanismus zur Regulierung des Pflanzenwachstums: Pflanzen besitzen ein internes Thermometer, das die einzelnen Wachstumsphasen steuert. Nach Analyse aller Gene einer Arabidopsis-Sorte fanden die Forscher heraus, welche Gene bei Wärme aktiv werden. Anschließend kombinierten sie dieses Gen mit einem Fluoreszenz-Gen aus einer anderen Pflanze und züchteten eine Pflanze, die bei Wärme leuchtet. So konnten sie nach Mutanten suchen, bei denen das Temperaturempfinden gestört ist. Eine der mutierten Pflanzen hatte ihre Temperaturempfindlichkeit eingebüßt und leuchtete auch, wenn es kalt war. "Die Pflanzen zu beobachten, war recht faszinierend", sagte Dr. Vinod Kumar, ein Mitarbeiter des Forscherteams. "Die Pflanzen wuchsen weiter, selbst als wir die Temperatur deutlich absenkten." Dieser Gendefekt beeinträchtigt die Funktionsweise einer Histon-Protein-Variante. Histone sind Strukturproteine, die als Bestandteil der Chromosomen für die DNA-Verpackung zuständig sind und auch das "Anschalten" bestimmter Gene steuern. Ist das Histon in der Pflanzen-DNA nicht mehr funktionstüchtig, sind alle Gene der Pflanze auch bei Kälte so aktiv, als ob Sommer wäre. Somit konnten die Forscher das Histon als wichtigsten Temperaturregler in Pflanzen identifizieren. Die Histon-Variante kontrolliert ein Gen, das Pflanzenarten die Anpassung an den Klimawandel erleichtert, indem es den Blühprozess beschleunigt. Mit den Ergebnissen der Studie können Forscher besser vorhersagen, wie sich verschiedene Pflanzen auf Klimaveränderungen einstellen werden. "Durch Veränderungen an diesen Genen könnte es gelingen, die Temperaturwahrnehmung von Pflanzen zu verändern", erklärte Dr. Philip Wigge, Mitarbeiter des Forscherteams. "Und wenn dies möglich ist, können wir auch Pflanzen züchten, denen Temperaturveränderungen gar nichts mehr ausmachen."
Länder
Vereinigtes Königreich