Wie Reispflanzenwurzeln den Wassertransport regulieren
Vorhersagen zufolge, wird in den kommenden 20 Jahren in beinahe der Hälfte der Welt ein schwerer Wassermangel herrschen. Aus diesem Grund sollen Techniken aus dem Gebiet der Pflanzenwissenschaft zum Schutz dieses lebensnotwendigen Rohstoffs angewandt und eine verbesserte Wassernutzungseffizienz beim Pflanzenanbau erreicht werden. Die Reispflanze zählt weltweit zu den am meisten angebauten Kulturen, über deren Aquaporinfunktion und Wasserregulierung auf Zellniveau ist allerdings nur wenig bekannt. Das von der EU geförderte Projekt „Cell biology and rice aquaporins“ (ORYZAQUA) nahm sich dieser Wissenslücken im Hinblick auf verschiedene Reispflanzenkulturen und sich verändernde Bedingungen an. Bei Aquaporinen handelt es sich um Proteine in der Plasmamembran von Pflanzenzellen. Diese fungieren als Wasserkanäle und sind von entscheidender Bedeutung für die Wasserregulierung. Die hydraulische Leitfähigkeit, die Wasserpermeabilität und die Regulierung des osmotischen Potenzials zählen zu den wichtigsten Faktoren bei der Wasserregulierung in Pflanzen. Die ORYZAQUA-Forscher untersuchten verschiedene Aquaporine, Wurzelstrukturen und die Hydraulik von Reispflanzen und führten Tests im Hinblick auf Salzbelastungen und Trockenbedingungen durch. Die Ergebnisse wurden daraufhin mit denen belastungsfreier Bedingungen verglichen. Die Forscher klonten zudem erfolgreich Aquaporinsequenzen von Reispflanzen und markierten diese mit fluoreszierenden Proteinen (FP); die Umwandlung weiterer Reispflanzenisoformen und -kultursorten ist im Gange. Die Forscher klonten erfolgreich die fluoreszierend markierte OsRabr-Sequenz (Aquaporin) für eine Koexpression endomembraner Marker mit fluoreszierenden mCherry-Proteinen. Es wurde ebenfalls an einer Expression weiterer Aquaporinsequenzen gearbeitet, die OsGAP1 und OsNST1 beinhalten. Ferner wurden Untersuchungen durchgeführt, um den subzellularen Standort und die subzellulare Funktion von Aquaporinen unter Belastungsbedingungen und nicht Belastungsbedingungen bei diesen Reispflanzen festzustellen. Die im Rahmen des ORYZAQUA-Projekts durchgeführten Arbeiten wiesen erstmalig die stark inhibitorische Wirkung einer Versalzung beim Transport von Wurzelwasser in jungen Reispflanzen nach. Es wurde ein physiologischer Mechanismus dargelegt, der innerhalb von einer Stunde eine Reaktion auf Umweltherausforderungen ermöglicht. Da sich diese inhibitorische Wirkung so schnell vollzieht, liegt nahe, dass die Aquaporinaktivität bei der gesamten Reaktion der Pflanze auf Versalzung ein wesentlicher Faktor ist. Das Projekt trägt dazu bei, komplexe Interaktionen zwischen den molekularen Signalwegen, die auf abiotische Belastungen reagieren und solchen, die Zell- und Organreaktionen steuern, zu erklären. Das Projekt wird ebenfalls dazu beitragen, die landwirtschaftliche Produktion über eine geeignetere Anpassung an klimatische Bedingungen zu verbessern und den landwirtschaftlichen Anbau auf kleinsten Flächen zu fördern.
Schlüsselbegriffe
Wassertransport, Pflanzenwurzeln, Pflanzenwissenschaft, Zellbiologie, Reispflanzenaquaporine
