Extra-Genportion schützt Pflanzen vor Licht und Hitze

Modifizierte Arabidopsis thaliana gedeiht auch unter brütender Sonne

Mit einem Trick wollen britische Forscher den natürlichen Schutz von Kulturpflanzen gegen hohe Temperaturen und Licht erhöhen. Damit Pflanzen auch unter brütender Sonne gedeihen, modifizierten Forscher der University of Sheffield die Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), indem sie in das Genom Extra-Kopien eines Gens einbrachten, das die Produktion der so genannten Xantophyll-Synthese anregt. Auf diesem Weg entledigt sich die Pflanze selbst von überschüssiger Energie, die sonst zur Welke geführt hätte. Es bleibt fraglich, ob sich mit der Methode auch andere Erntepflanzen wie Mais oder Kartoffeln in heißeren Umgebungen entwickeln könnten, berichtet das Fachmagazin Nature.

Pflanzen benötigen zum Aufbau komplexer Substanzen Sonnenlicht. Bei grellem Sonnenlicht verlieren viele Pflanzen ihre tiefgrüne Farbe in ihren Blättern, es bilden sich gelbe Flecken, und letztendlich rollen sie sich ein und sterben ab. Bei extremer Hitze wird die Welke zusätzlich beschleunigt. Der Grund der Schädigung liegt in einem Übermaß einer Substanz, die als hochreaktive Sauerstoffspezies (ROSs) bezeichnet wird. In Pflanzen bilden sich ROSs, wenn Lichtenergie Wasser in den zellulären Kompartimenten (Chloroplasten) spaltet. Normalerweise produziert die Pflanze während der Photosynthese sehr rasch Zucker und andere komplexe Substanzen aus ROSs. Ist das Sonnenlicht aber zu stark, ist die Pflanze mit ROSs übersättigt, die die Wände der Chloroplasten schädigen.

Die Pflanze hat mehrere Möglichkeiten, eine ROS-Überladung zu vermeiden, von denen eine die Produktion von Xanthophyll ist. Überschüssige Lichtenergie wird bei der Xanthophyll-Synthese „entsorgt“. Horton gelang es, durch die Einbringung von Extra-Kopien jenes Genes, welches das Schlüsselenzym für die Xanthophyll-Synthese bildet, dessen Synthese in den Chloroplasten zu verdoppeln. Wurden die Pflanzen zwei Wochen lang bei einer Temperatur von 40 Grad und einer Sonneneinstrahlung, die in etwa der Hälfte der Mittagseinstrahlung am Äquator entspricht, gezüchtet, blieben sie laut Forschern grüner und gesünder als unbehandelte Arabidopsis-Pflanzen. In die Entwicklung von Pflanzen, die selbst extreme Bedingungen tolerieren, wird große Hoffnung gelegt. Grund dafür sind die großen Herausforderungen für die Landwirtschaft, bedingt einerseits durch die wachsende Bevölkerung, andererseits durch die Klimaveränderung, die fruchtbare Ackerflächen dezimiert.