Neu entdeckte Signale, die die Durchwurzelungsfähigkeit von Pflanzen in harten Böden beeinflussen, könnten helfen, diese klimaresistenter zu machen
Ein internationales Forschungsteam hat herausgefunden, wie man Getreidewurzeln so designen kann, dass sie auch in harten Böden weiterwachsen können, indem man ihre Durchdringungsfähigkeit verändert. So können die Wurzeln Wasserquellen in tieferen Bodenschichten erreichen, was dabei hilft, lebenswichtige Nutzpflanzen gegen die sich weltweit verändernden Niederschlagsmuster zu wappnen.
Röntgenaufnahmen von Pflanzenwurzeln, hier zu einem 3D-Modell zusammengefügt, zeigten, dass Hormone das Anschwellen von Wurzeln reguliert. Bild: Dr. Bipin Pandey/Universität Nottingham, Vereinigtes Königreich
Der Klimawandel verändert Niederschlagsmuster, was dazu führt, dass Böden trockener und insgesamt härter werden – eine Bedrohung für die Erträge von regenabhängigen Nutzpflanzen wie Getreide. Ein Team aus Forscher*innen unter der Leitung der Universitäten Nottingham und Shanghai hat Gene, Hormonsignale und Prozesse in Reiswurzeln entdeckt, die deren Fähigkeit steuern, harte Böden zu durchdringen. Zu dem internationalen Team gehören Forscher*innen aus dem Vereinigten Königreich, den USA, den Niederlanden, Deutschland, der Tschechischen Republik und China. Juniorprofessor Dr. Sjon Hartman vom Exzellenzcluster CIBSS - Centre for Integrative Biological Signalling Studies an der Universität Freiburg war an der Studie beteiligt. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift PNAS erschienen.
Harte Böden führen dazu, dass sich in Pflanzenwurzeln das Pflanzenhormon Ethylen anreichert, was dazu führt, dass sie weniger in die Länge wachsen und dafür anschwellen. Bislang dachte man, dass das Anschwellen den Wurzeln das Eindringen in harte Böden erleichtert. Röntgenaufnahmen von Pflanzen, die in Nottingham in der Erde wuchsen, ergaben jedoch, dass dünn-bleibende Wurzeln leichter in harte Böden eindringen. Das Team identifizierte daraufhin ein Hormonsignal, das diese Reaktion der Wurzelschwellung förderte, und dessen Verringerung dazu führte, dass die Wurzeln dünn blieben und harte Böden besser durchdringen konnten.
Dr. Bipin Pandey, BBSRC Discovery Fellow und leitender Forscher an der Universität Nottingham, sagt: "Unsere Forschung stellt jahrzehntelange wissenschaftliche Erkenntnisse auf den Kopf und zeigt, dass das Anschwellen der Wurzeln nicht dazu beiträgt, harte Böden zu durchdringen." Er ist der Ansicht, dass diese Ergebnisse möglicherweise die landwirtschaftlichen Erträge weltweit sichern oder steigern können, insbesondere wenn man bedenkt, dass der Klimawandel die Festigkeit des Bodens durch weniger Niederschläge noch verschlimmern kann. Dieses neue Verständnis davon, wie Wurzeln in harten Böden wachsen, könnte also dabei helfen, die Entwicklung neuartiger, gegen Bodenverdichtung resistenter Nutzpflanzen zu unterstützen.
Hartman vom Exzellenzcluster ist überzeugt, dass die neue Studie dabei helfen wird, zu verstehen, wie Pflanzen das Hormon Ethylen nutzen, um Wasserextreme zu erkennen: "Ethylen wird von Pflanzen genutzt, um sowohl Überschwemmungen als auch Bodenverdichtungen zu erkennen. Herauszufinden, wie Pflanzen den Unterschied zwischen diesen beiden Situationen erkennen und angemessen reagieren können, wird interessant werden." Das Verständnis davon, wie Pflanzenwurzeln auf die verschiedenen Bedingungen reagieren, ist wichtig, um tolerantere Nutzpflanzen zu entwickeln, die in beiden Situationen gedeihen können.
CIBSS-Profil von Jun.-Prof. Dr. Sjon Hartman
Originalpublikation:
Huang, G., Kilic, A., Karady, M., Pandey, B. K. (2022): Ethylene inhibits rice root elongation in compacted soil via ABA- and auxin-mediated mechanisms. In: PNAS. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2201072119
