Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Forschungsergebnisse für die Züchtung klimastress-toleranter Pflanzen

28.09.2010
Wie sich Pflanzen vor Frostschäden schützen und wie sie so gezüchtet werden können, dass sie Kälte besser widerstehen, sind Fragen die Wissenschaftler weltweit beschäftigen.

Experten sind sich einig, dass der viel diskutierte Klimawandel zur globalen Erwärmung führen wird. Daher werden weitreichende Studien zur Züchtung trockenheits- bzw. hitzeresistenter Pflanzen durchgeführt, die auch unter extremen Temperaturen stabile Ernten sichern sollen.

Dennoch sind einige Wissenschaftler auch an den Strategien interessiert, die Pflanzen entwickelt haben, um bei niedrigen Temperaturen zu überleben. In der Folge könnten kältetolerante Sorten gezüchtet werden. Dieses Forschungsziel steht keineswegs im Widerspruch zum erwarteten Klimawandel.

Denn neben den steigenden Temperaturen erwarten Experten regional auch verstärkt Wetterextreme, wie Stürme, Überschwemmungen oder eben auch Kälteeinbrüche in eher warmen Regionen. Auch könnten derartige Züchtungen helfen, ursprünglich wärmeliebende Pflanzen wie den Mais in nördlicheren und damit frostgefährdeten Lagen anzubauen.

Mit der Adaption von Pflanzen an kältere Temperaturen möchten die Forscher ebenso wie mit der Adaption an steigende Temperaturen erreichen, dass Ernten stabil bleiben. Denn unerwartete Kälteperioden würden bei kälteempfindlicher Feldfrucht zu hohen Ernteausfällen führen.

Biochemiker der Michigan State University um den Deutschen Christoph Benning haben nun bei einer Studie neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie Pflanzen sich selbst vor Kälte schützen können.

Kältetoleranz ist bei Pflanzen sehr variabel. Während bei einigen Pflanzen bereits Temperaturen knapp unter dem Gefrierpunkt Schäden verursachen, können andere auch bei unter -40 °C noch überleben. Frosttoleranz kann entweder genetisch festgelegt sein oder durch einen kurzfristigen, initialen Kältereiz ausgebildet werden. Allgemein gilt, dass die Frosttoleranz die geographische Ausbreitung einer Art limitiert.

Auf zellulärer Ebene sind vor allem die zellulären Membranen – sowohl die Zellmembran als auch die Membran der Chloroplasten - von Frost gefährdet. Die Bildung von extrazellulären (außerhalb der Zelle) Eiskristallen führen zur Dehydrierung des Zellinneren, was zu Schäden an der Zellmembran bis hin zum Zelltod führt.

In der vorliegenden Studie diente die Modellpflanze Arabidopsis thaliana als Forschungsgegenstand. Damit Arabidopsis-Pflanzen leichten Frost überleben können, müssen sie an Kälte akklimatisiert, also bereits an niedrigere Temperaturen angepasst sein. Während der Kälteakklimatisation finden auf molekularer Ebene diverse Veränderungen statt, die Mechanismen gegen Frostschäden in Gang setzen.

Die Forscher fanden heraus, dass ein bestimmtes Gen bei Arabidopsis für Kältetoleranz essentiell ist. Das sogenannte SENSITIVE TO FREEZING 2-Gen (SFR2) synthetisiert ein Enzym, das sich in der äußeren Chloroplastenmembran befindet. Dort ist es für Stoffwechselmechanismen verantwortlich, die Veränderungen im Organellenvolumen kompensieren und die Membran während Frost stabilisieren. Vor allem wird mithilfe von SFR2 ein Lipid erzeugt, das Chloroplasten und Zellmembranen vor Frost schützt. In der Studie wurde dieses Gen von den Wissenschaftlern so verändert, dass es nicht mehr wirksam war. Pflanzen, die dieses mutierte SFR2-Gen enthielten, zeigten nach Kälteeinwirkung starke intrazelluläre Frostschäden sowohl am Chloroplast als auch am Tonoplast. Damit ist die Funktion dieses Gens geklärt. Es könnte nun in seiner Wirkung weiter verstärkt werden. Zudem könnten weniger frosttolerante Arten mit dem Gen ausgestattet werden, um die zerstörerische Wirkung der Kälte auf zellulärer Ebene abzumildern.

Die Studie ist ein wichtiger Schritt, um zu verstehen wie sich Pflanzen gegen extreme Temperaturen wappnen. Anzunehmen ist, dass nicht nur ein einziger Mechanismus für die Kältetoleranz von Pflanzen verantwortlich ist. Um aus kälteempfindlichen Pflanzen gezielt kältetolerante Arte züchten zu können, sind daher weitere Forschungsarbeiten notwendig.

Quelle:
Eric Moellering et al. (2010): Freezing Tolerance in Plants Requires Lipid Remodeling at the Outer Chloroplast Membrane, Sciencexpress, p. 1, 26 August 2010, doi: 10.1126/science.1191803

| Pflanzenforschung.de
Weitere Informationen:
http://www.Pflanzenforschung.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Ökologie Umwelt- Naturschutz:

nachricht Die Zerschneidung der Tropenwälder steigert den Ausstoß von Treibhausgasen um weiteres Drittel
30.03.2017 | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

nachricht Energieträger: Biogene Reststoffe effizienter nutzen
29.03.2017 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Ökologie Umwelt- Naturschutz >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Atome rennen sehen - Phasenübergang live beobachtet

Ein Wimpernschlag ist unendlich lang dagegen – innerhalb von 350 Billiardsteln einer Sekunde arrangieren sich die Atome neu. Das renommierte Fachmagazin Nature berichtet in seiner aktuellen Ausgabe*: Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben die Bewegungen eines eindimensionalen Materials erstmals live verfolgen können. Dazu arbeiteten sie mit Kollegen der Universität Paderborn zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass die Beschleunigung der Atome jeden Porsche stehenlässt.

Egal wie klein sie sind, die uns im Alltag umgebenden Dinge sind dreidimensional: Salzkristalle, Pollen, Staub. Selbst Alufolie hat eine gewisse Dicke. Das...

Im Focus: Kleinstmagnete für zukünftige Datenspeicher

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Chemikern der ETH Zürich hat eine neue Methode entwickelt, um eine Oberfläche mit einzelnen magnetisierbaren Atomen zu bestücken. Interessant ist dies insbesondere für die Entwicklung neuartiger winziger Datenträger.

Die Idee ist faszinierend: Auf kleinstem Platz könnten riesige Datenmengen gespeichert werden, wenn man für eine Informationseinheit (in der binären...

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung

30.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zuckerrübenschnitzel: der neue Rohstoff für Werkstoffe?

30.03.2017 | Materialwissenschaften

Integrating Light – Your Partner LZH: Das LZH auf der Hannover Messe 2017

30.03.2017 | HANNOVER MESSE