Heiße Nächte bringen die zirkadiane Uhr von Reis durcheinander und beeinträchtigen die Ernteerträge
Steigende Nachttemperaturen verringern die Ernteerträge von Reis, und neue Forschungsergebnisse bringen uns dem Verständnis der Gründe näher. Die Studie fand heraus, dass wärmere Nächte den biologischen Zeitplan der Reispflanze verändern, wobei Hunderte von Genen früher als üblich exprimiert werden, während Hunderte von anderen Genen später als üblich exprimiert werden.
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"Im Wesentlichen haben wir herausgefunden, dass wärmere Nächte die innere Uhr der Reispflanze aus dem Gleichgewicht bringen", sagt Colleen Doherty, außerordentliche Professorin für Biochemie an der North Carolina State University und korrespondierende Autorin eines Artikels über diese Arbeit.
"Die meisten Leute denken, dass Pflanzen nicht dynamisch sind, aber sie sind es. Pflanzen regulieren ständig ihre biologischen Prozesse - sie schalten kurz vor der Morgendämmerung auf Photosynthese um, schalten diese am späten Nachmittag ab und bestimmen genau, wie und wo sie ihre Energieressourcen verbrennen. Pflanzen sind sehr beschäftigt, es ist nur schwierig, all diese Aktivitäten von außen zu beobachten."
Und was die Forscher gelernt haben, ist, dass die Uhr, die für die Regulierung all dieser Aktivitäten verantwortlich ist, durcheinander gerät, wenn die Nächte im Verhältnis zu den Tagen heißer werden.
"Wir wussten bereits, dass der Klimawandel weltweit zu höheren Temperaturen führt und dass die Nachttemperaturen schneller steigen als die Tagestemperaturen", sagt Doherty. "Wir wussten auch, dass wärmere Nächte die Reisproduktion beeinträchtigen. Aber bis jetzt hatten wir sehr wenig Einblick, warum wärmere Nächte schlecht für Reis sind.
"Wir kennen immer noch nicht alle Details, aber wir grenzen ein, wo wir suchen müssen."
Forschung, die sich mit den Ertragsverlusten von Reis befasst, ist wichtig, weil Reis eine wichtige Kulturpflanze für die Ernährung von Hunderten von Millionen Menschen jedes Jahr ist - und weil ein sich veränderndes Klima eine Herausforderung für die globale Ernährungssicherheit darstellt.
Um besser zu verstehen, wie sich warme Nächte auf Reis auswirken, arbeitete Doherty mit einem internationalen Team von Forschern - darunter Krishna Jagadish von der Kansas State University und Lovely Lawas vom International Rice Research Institute - zusammen, um das Problem im Feld zu untersuchen. Die Forscher richteten zwei Studienstandorte auf den Philippinen ein. Die Temperaturen wurden in verschiedenen Bereichen jedes Studienortes manipuliert, indem entweder keramische Heizgeräte oder Wärmezelte verwendet wurden.
Ein Forschungsteam unter der Leitung von Jagadish verwendete die Keramikheizungen, um die Versuchsparzellen auf 2 Grad Celsius über der Umgebungstemperatur zu halten, und nahm 24 Stunden lang alle drei Stunden Proben von den Reispflanzen. Die Kontrollparzellen waren nicht beheizt, wurden aber ebenfalls alle drei Stunden während derselben 24-Stunden-Periode beprobt. Diese Tests wurden viermal wiederholt. Die Wärmezelte wurden später verwendet, um die Ergebnisse der Tests mit den Keramikheizungen zu validieren.
In der Zwischenzeit fand ein Team unter der Leitung von Doherty heraus, dass mehr als tausend Gene zur "falschen" Zeit exprimiert wurden, wenn die nächtlichen Temperaturen höher waren. Insbesondere führten heißere Nächte dazu, dass Hunderte von Genen - darunter viele, die mit der Photosynthese zusammenhängen - später am Tag aktiv wurden. Gleichzeitig wurden Hunderte von anderen Genen viel früher am Abend aktiv als normal, wodurch das fein abgestimmte Timing, das für einen optimalen Ertrag notwendig ist, gestört wurde.
"Es ist nicht klar, was all diese Gene tun, aber es ist klar, dass diese widersprüchlichen Zeitplanverschiebungen nicht gut für die Pflanze sind", sagt Doherty.
Die Forscher fanden heraus, dass viele der betroffenen Gene von 24 anderen Genen, sogenannten Transkriptionsfaktoren, reguliert werden. Von diesen 24 wurden vier der Transkriptionsfaktoren als besonders vielversprechend für zukünftige Studien angesehen.
"Wir müssen weitere Untersuchungen durchführen, um herauszufinden, was genau hier passiert, damit wir Reis züchten können, der widerstandsfähiger gegen wärmere Nächte ist", sagt Doherty. "Reis ist eine wichtige Nahrungspflanze. Und auch andere Grundnahrungsmittel sind von wärmeren Nächten betroffen - einschließlich Weizen. Das ist nicht nur eine interessante wissenschaftliche Frage, sondern ein Problem der globalen Ernährungssicherheit."
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
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