Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Pflanzenforschung - Die Großen haben weniger Stärke

02.06.2009
Moderne Pflanzenforschung isoliert wichtige Aspekte aus komplexen Stoffwechselprozessen und legt damit die Grundlagen für Smart Breeding

Ein deutsch-niederländisches Wissenschaftlerteam konnte erstmals zeigen, dass Stärke in Blättern ein hervorragender Indikator für die Biomasseentwicklung der gesamten Pflanze ist. Aufbauend darauf fanden sie heraus, dass die Biomasseentwicklung mit spezifischen Änderungen in der Sequenz zweier Gene einhergeht. Mit der Identifizierung solcher funktionell wirksamen natürlichen Sequenzveränderungen schaffen die Forscher eine Grundlage für die Präzisionszucht, das Smart Breeding, und erschließen den Pool natürlicher Genvarianten damit für die Pflanzenzüchtung. Die Ergebnisse der Arbeit sind in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift "Proceedings of the National Academy of Sciences" veröffentlicht (1. Juni 2009).


Verschiedene, gleich alte, Arabidopsis thaliana Linien bilden sehr unterschiedliche Biomasse. Bild: Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie

Der weiterhin steigende Bedarf an Nahrungsmitteln und nachwachsenden Rohstoffen erfordert in der Landwirtschaft weitere Ertragssteigerungen. Die biologische Vielfalt, Produkt der Evolution und von jeher Grundlage jeder züchterischen Aktivität, bietet dafür viele Möglichkeiten. Voraussetzung ist jedoch, dass es gelingt, für Ertragssteigerungen verantwortliche Eigenschaften zu finden und diese in Zuchtprogramme einfließen zu lassen. Die moderne Pflanzenforschung erweitert dabei unsere Erkenntnismöglichkeiten durch neue Verfahren: Sie versetzt uns in die Lage, die natürliche genetische Vielfalt in ihrer Auswirkung auf interessante Eigenschaften der Pflanze detailliert zu analysieren, und auf diese Weise Zuchtprogramme effektiver und präziser zu gestalten.

Stärke ist ein wichtiger Speicherstoff für Kohlenhydrate und eine der Hauptenergiequellen in der menschlichen Nahrung. Auch Pflanzen nutzen Stärke als Energiespeicher. Die tagsüber in der Photosynthese aufgenommenen Kohlenstoffe werden zum Teil als Stärke gespeichert, die mit einsetzender Dunkelheit wieder abgebaut wird und so das Wachstum in der Dunkelheit ermöglicht. "Wir konnten zeigen, dass Stärke gebündelte Informationen über die mit ihr in Verbindung stehenden Stoffwechselprodukte und die Gesamtleistung der Pflanze vermittelt", sagt Mark Stitt, Direktor am Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie.

Seinem Team ist in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Potsdam und der Universität Wageningen (NL) erstmals der Nachweis gelungen, dass die Menge an Stärke in den Blättern ein hervorragender Indikator für die Biomasseentwicklung der gesamten Pflanze ist. Das überraschende Ergebnis dieser Arbeiten: Je mehr Biomasse die Pflanzen aufbauten, je größer sie also wuchsen, desto weniger Stärke war am Ende des Tages in ihnen messbar. Doch warum können große Arabidopsis-Varianten den vorhandenen Kohlenstoff besser im Stoffwechsel umsetzen als kleinere Varianten?

Die Forscher untersuchten daraufhin die Aktivität von über 90 Genen, die mit dem Kohlenhydrat-Status der Pflanzen in Zusammenhang stehen. Und tatsächlich: Zwei davon korrelierten mit der Biomasse der Pflanze. Durch Sequenzierung dieser zwei Gene in allen 92 Sorten und entsprechende statistische Analysen konnten die Wissenschaftler spezifische Veränderungen in der Gensequenz herausfiltern, die einen Einfluss auf die Biomasse haben. "Die Identifizierung solcher funktionell wirksamen natürlichen Sequenzveränderungen ist die Grundlage des SMART-Breedings, also der Präzisionszucht", erläutert Stitt. So werden nützliche Genvarianten zu Merkmalen, nach denen der Pflanzenzüchter gezielt suchen kann.

"Die Tatsache, dass geringe Stärkemengen ein Hinweis auf hohe Biomasseproduktion und einen hochproduktiven Stoffwechsel sind, Stärke also einen Gesamtzustand widerspiegelt, ist eine völlig neue Erkenntnis über diesen altbekannten Stoff", sagt Ronan Sulpice, Erstautor der Studie. Und Stitt ergänzt: "Mit den Verfahren der modernen Pflanzenforschung können wir für die Züchtung wichtige Aspekte aus komplexen Stoffwechselprozessen isolieren und sie direkt für die Züchtung zugänglich machen. Dabei ist die Anwendung dieses Verfahrens bei Nutzpflanzen wahrscheinlich nur noch eine Frage der Zeit, da unser Wissen über die genetische Vielfalt innerhalb der Nutzpflanzen rasant wächst."

[JR/MS]

Originalveröffentlichung:

R. Sulpice et al.
Starch as a major integrator in the regulation of plant growth.
PNAS, 1. Juni 2009
Meyer et.al. (2007)
The metabolic signature related to high plant growth rate in Arabidopsis thaliana.

PNAS 104 4759-4764

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Prof. Dr. Mark Stitt
Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie, Potsdam
Tel.: +49 331 5678100
E-Mail: Stitt@mpimp-golm.mpg.de
Ursula Ross-Stitt (Referentin für Öffentlichkeitsarbeit)
Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie, Potsdam
Tel.: +49 331 5678310
E-Mail: Ross-Stitt@mpimp-golm.mpg.de

Dr. Felicitas von Aretin | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Stottern: Stoppsignale im Gehirn verhindern flüssiges Sprechen
12.12.2017 | Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

nachricht Undercover im Kampf gegen Tuberkulose
12.12.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Im Focus: Scientists channel graphene to understand filtration and ion transport into cells

Tiny pores at a cell's entryway act as miniature bouncers, letting in some electrically charged atoms--ions--but blocking others. Operating as exquisitely sensitive filters, these "ion channels" play a critical role in biological functions such as muscle contraction and the firing of brain cells.

To rapidly transport the right ions through the cell membrane, the tiny channels rely on a complex interplay between the ions and surrounding molecules,...

Im Focus: Stabile Quantenbits

Physiker aus Konstanz, Princeton und Maryland schaffen ein stabiles Quantengatter als Grundelement für den Quantencomputer

Meilenstein auf dem Weg zum Quantencomputer: Wissenschaftler der Universität Konstanz, der Princeton University sowie der University of Maryland entwickeln ein...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

Hohe Heilungschancen bei Lymphomen im Kindesalter

07.12.2017 | Veranstaltungen

Der Roboter im Pflegeheim – bald Wirklichkeit?

05.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Stottern: Stoppsignale im Gehirn verhindern flüssiges Sprechen

12.12.2017 | Biowissenschaften Chemie

E-Mobilität: Neues Hybridspeicherkonzept soll Reichweite und Leistung erhöhen

12.12.2017 | Energie und Elektrotechnik

Wie Brände die Tundra langfristig verändern

12.12.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz