Wiederauferstehungspflanzen überleben extreme Trockenheit
Der Klimawandel stellt durch die von ihm ausgelösten Hitzewellen und geringeren Niederschläge eine große Bedrohung für viele Pflanzen dar: Ohne Wasser können sie keine Nährstoffe aufnehmen und gehen ein. Als Sauerstofferzeuger und Versorgungsgaranten sind Land- bzw. Nutzpflanzen jedoch ungemein wichtig für unseren Planeten und uns. Forscher versuchen deshalb, die Regulation des Wasserhaushaltes von Pflanzen besser zu verstehen. Ein internationales Team aus Wissenschaftlern hat jetzt wichtige Erkenntnisse über sogenannte Wiederauferstehungspflanzen gewonnen. Diese sind dazu in der Lage, auch in extremen Trockenphasen zu überleben. Ein Beispiel ist die Unechte Rose von Jericho – sie stammt aus der uralten Familie der Moosfarngewächse und kann nahezu ihr gesamtes Wasser verlieren, ohne dabei zu sterben. Die Unechte Rose fährt ihren Stoffwechsel in Dürreperioden auf ein Minimum herunter und verfällt in eine Art „Trockenkoma“. Doch sobald wieder ausreichend Wasser zur Verfügung steht, erwacht sie aus ihrem Dornröschenschlaf und wächst weiter. Die Wissenschaftler wissen nun, welche Gene für die Wiederauferstehung verantwortlich sind – und hoffen, dass auch Nutzpflanzen von diesen Erkenntnissen profitieren.
Besondere Gene sorgen für Wiederauferstehung
Zur Erforschung des „Reboot-Mechanismus“ nutzte das Forscherteam die Wiederauferstehungspflanze `Craterostigma plantagineum‘ – eine Art, die aus Südafrika stammt und zu den Rachenblütlern zählt. Die kleine Pflanze mit den blauen Blüten verfügt über ein besonders komplexes oktaploides Genom (also ein Genom mit acht Chromosomensätzen). Das nahmen die Experten in ihrer Untersuchung genauer unter die Lupe. Dafür beobachteten sie das Wurzel- und Blattgewebe unter verschiedenen Bedingungen: Mit ausreichend Wasser, unter leichtem Wassermangel sowie in einem ausgetrockneten bzw. dann rehydrierten Zustand. Dabei zeigte sich, dass während der Austrocknungsphase gleichmäßig etwa 38 Prozent aller Gene umprogrammiert wurden. Ganz anders verlief es hingegen in der Erholungsphase mit genügend Wasser: Nun kamen in den Blättern und Wurzeln ganz unterschiedliche Gene zum Vorschein. „Der Unterschied liegt darin begründet, dass die beiden Organe sehr unterschiedliche Funktionen haben“, sagt Dorothea Bartels, Professorin emerita für Molekulare Physiologie an der Universität Bonn, die die Studie geleitet hat. So betreiben die Blätter beispielsweise Photosynthese, während die Wurzeln mit der Wasseraufnahme und dem Transport von H2O und Nährstoffen aus dem Boden beschäftigt sind. Für diese unterschiedlichen Aufgaben brauche es ein unterschiedliches Portfolio von Proteinen und daher auch ein anderes Muster der Genaktivitäten.
Können auch Nutzpflanzen von den Erkenntnissen profitieren?
Doch welche Genaktivitäten sind hier ausschlaggebend? Wie die Uni Bonn berichtet, sind es vor allem solche, die während der Austrocknungsphase aktiv werden. Die Gene sorgen dann für die Bildung von sogenannten LEA (Late Embryogenesis Abundant) und ELIP-Proteinen (Early Light-Induced Proteins). Letztere schützen die Pflanzen vor zu viel Sonnenlicht, dem sie während der Dürreperiode meist ausgesetzt sind. Die ELIPs wiederum spielen eine essenzielle Rolle bei der Evolution von Austrocknungstoleranz. Bartels hofft nun, dass die Forschungsergebnisse dabei helfen können, auch Nutzpflanzen besser an längere Trockenphasen anzupassen: „Durch unsere und die Forschungen anderer Gruppen sollte es möglich sein, bestimmte Zielgruppen von Genen zu identifizieren, mit denen auch Nutzpflanzen in einem überlebensfähigen Zustand verharren können, wenn Wassermangel herrscht. Es wird aber nicht der Fall sein, dass Nutzpflanzen sich genauso wie Wiederauferstehungspflanzen verhalten.“
Vor 500 Millionen Jahren kamen Grünalgen als erste Lebewesen an Land. Nachdem sie nicht mehr dauerhaft von Wasser umgeben waren, vertrockneten sie in Dürrephasen. Nach und nach passten sich die Pflanzen an und entwickelten eine gewisse Trockentoleranz. Die meisten Linien der samenlosen Pflanzen (zum Beispiel Algen oder Moose) sind auch heute noch resistent gegenüber Austrocknung. Bei den höher entwickelten Blütenpflanzen ist diese Eigenschaft allerdings fast vollständig verlorengegangen.
