Ausgeklügelte Anpassungsmechanismen erhöhen Frosttoleranz der Pflanzen
Bei Versuchen mit der Ackerschmalwand fanden die Forscher heraus, dass die Pflanzen mithilfe von ausgeklügelten molekularen Anpassungsmechanismen ihre Frosttoleranz erhöhen können. Eine Schlüsselrolle spielen dabei die bislang vor allem als Wachstumshormone bekannten Brassinosteroide.
Um die genaue Wirkung dieser Hormone zu entschlüsseln, setzten die Forscher in ihren Experimenten Wildformen der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) langsam sinkenden Temperaturen aus. Wie sich im Labor zeigte, verändern die Pflanzen unter diesen Bedingungen sämtliche von der DNA in RNA umgeschriebene Gene in ihren Zellen.
Verändertes Wachstum der Pflanzen erhöht ihre Überlebenschancen
„Dadurch verändert sich ihr Wachstum, wodurch sich ihre Überlebenschancen erhöhen“, so die Pflanzenmolekularbiologin Prof. Brigitte Poppenberger, die mit ihrer Arbeitsgruppe im TUM-Fachbereich für Biotechnologie gartenbaulicher Kulturen die Mechanismen untersucht, mit denen sich Pflanzen äußeren Einflüssen anpassen.
Die Wildformen der Ackerschmalwand konnten im Versuch Temperaturen von minus sechs Grad Celsius oft noch ohne Schäden aushalten. Dagegen zeigte ein Großteil der genetisch veränderten Modellpflanzen, die Brassinosteroide weder selbst herstellen noch als Signal erkennen können, bereits deutliche Schadsymptome. Dieses Ergebnis werten die Forscher als eindeutigen Beweis für die essentielle Funktion der Steroidhormone in der Kälteanpassung.
Pflanzen legen sich „Winterspeck“ zu, um sich vor Frost zu schützen
Brassinosteroide erhöhen demnach die Frostresistenz, indem sie ein Protein namens CESTA regulieren. „Dieses steuert in einer Signalkaskade die Expression von Genen, bei der DNA in RNA umgeschrieben wird. Auf diese Weise beeinflusst es in weiterer Folge die Proteinzusammensetzung der Zellen, was unter anderem zu einer veränderten Fettsäurekomposition führt“, so die Forscher. Vereinfacht ausgedrückt legt sich die Pflanze also quasi Winterspeck zu, der sie vor Kälteschäden schützt.
„Der konventionelle Weg resistentere Pflanzen zu züchten, ist bislang wenig erfolgreich gewesen, da Kälteresistenz und vermindertes Wachstum schwer zu trennen sind“, sagt Poppenberger. „Doch durch unsere Entdeckung, dass Brassinosteroide Wachstum und Kälteresistenz gleichermaßen fördern, bieten sich neue Möglichkeiten, beide Merkmale bei Pflanzen hervorzubringen.“
Denkbar sei auch, Nutzpflanzen mit Brassionosteroiden zu besprühen, um beide Wirkungen zu erzielen.