Neue Strategien zur Rettung des wichtigsten Getreides der Welt
Genetische Erkenntnisse helfen Reis, Trockenheit und Überschwemmungen zu überstehen
Pflanzen - sie sind genau wie wir, mit einzigartigen Techniken zur Stressbewältigung. Um eine der wichtigsten Kulturpflanzen der Erde vor extremen Klimaschwankungen zu schützen, erforschen Wissenschaftler die Stressbewältigungsstrategien der Pflanzen.
Photo by Pierre Bamin on Unsplash
Ein von der UC Riverside geleitetes Team hat herausgefunden, was mit den Wurzeln von Reispflanzen passiert, wenn sie mit zwei Arten von Stressszenarien konfrontiert werden: zu viel oder zu wenig Wasser. Diese Beobachtungen bilden die Grundlage für neue Schutzstrategien.
"Diese eine Kulturpflanze ist die Hauptkalorienquelle für mehr als 45 Prozent der Menschheit, aber ihre Ernten sind in Gefahr", sagt Julia Bailey-Serres, UCR-Genetikerin und Leiterin der Studie. "In den USA übertreffen Überschwemmungen die Dürren in Bezug auf die Schäden, die die Landwirte jedes Jahr an ihren Ernten verursachen."
Zwar kann Reis in überschwemmten Böden gedeihen, aber die Pflanzen liefern weniger Nahrung oder sterben sogar ab, wenn das Wasser zu lange zu tief steht. Bei dieser Arbeit wurden längere Überschwemmungen von fünf Tagen oder länger simuliert, bei denen die Pflanzen vollständig überflutet wurden. Außerdem wurden Dürrebedingungen simuliert.
Die Forscher untersuchten insbesondere die Reaktion der Wurzeln auf beide Arten von Bedingungen, denn die Wurzeln sind die unsichtbare erste Reaktion auf überschwemmungs- und trockenheitsbedingten Stress.
Ihre Arbeit wird in einem neuen Artikel beschrieben, der in der Zeitschrift Developmental Cell veröffentlicht wurde.
Eine der wichtigsten Erkenntnisse betrifft eine korkähnliche Substanz, Suberin, die von Reiswurzeln als Reaktion auf Stress produziert wird. Sie schützt sowohl vor Überschwemmungen als auch vor Trockenheit.
"Suberin ist ein Lipidmolekül, das dazu beiträgt, dass das von den Wurzeln aufgenommene Wasser zu den Sprossen gelangt und dass der Sauerstoff aus den Sprossen die Wurzeln erreicht", so Bailey-Serres. "Wenn wir die Fähigkeit der Pflanze, Suberin zu bilden, verstärken, hat der Reis bessere Überlebenschancen bei allen Wetterlagen.
Die Forscher konnten ein Netzwerk von Genen identifizieren, die die Suberinproduktion steuern, und können diese Informationen für die Genbearbeitung oder die selektive Züchtung nutzen.
"Das Verständnis von Suberin ist besonders aufregend, weil es nicht von Bodenmikroben abgebaut werden kann, so dass der Kohlenstoff, den die Pflanze in den Wurzeln in Suberinmoleküle einbaut, im Boden gefangen bleibt", sagte Alex Borowsky, UCR-Computerbiologe und Mitautor der Studie.
"Das bedeutet, dass eine Erhöhung des Suberins dazu beitragen könnte, den Klimawandel zu bekämpfen, indem Kohlenstoff aus der Atmosphäre entfernt und gespeichert wird.
Die Forscher identifizierten auch die Gene, die einige der anderen Stressverhaltensweisen von Reis kontrollieren.
"Eine unserer interessanten Entdeckungen ist, dass der Wachstumszyklus der Wurzelzellen pausiert, wenn die Reispflanzen in Wasser getaucht werden, und dann wieder einsetzt, sobald die Triebe Zugang zu Luft haben", so Bailey-Serres.
In Zukunft will das Forschungsteam prüfen, wie die Pflanze durch die Veränderung dieser Stressreaktionen widerstandsfähiger gegen nasse und trockene Bedingungen werden kann.
"Jetzt, da wir diese Reaktionen verstehen, haben wir einen Fahrplan, um gezielte Änderungen am Reisgenom vorzunehmen, die zu einer stresstoleranteren Pflanze führen werden", so Bailey-Serres.
Obwohl schwere Regenfälle und Dürreperioden eine zunehmende Bedrohung darstellen, hofft Bailey-Serres, dass die neue Gentechnologie die Widerstandsfähigkeit der Pflanze erhöhen kann, bevor es zu spät ist.
"Die Tatsache, dass wir mit Genom-Editing eine winzige, aber gezielte Veränderung vornehmen und eine Pflanze vor Krankheiten schützen können, ist erstaunlich. Auch wenn unsere Kulturpflanzen bedroht sind, geben uns neue Technologien Anlass zur Hoffnung", so Bailey-Serres.
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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