Forscher verwenden Synchrotronlicht, um die Zwiebel an den Zellwänden „abzuschälen“, um Pflanzen zu helfen, Dürre und Krankheiten zu widerstehen

„Wir wissen, dass es in den Prärien viel Dürre gegeben hat und die Lebensgrundlagen der Menschen auf dem Spiel stehen“, sagte Ariana Forand, Masterstudentin am College of Agriculture and Bioresources der University of Saskatchewan (USask). „Es wäre erstaunlich, Modifikationen zu finden, die es Pflanzen ermöglichen würden, mehreren Belastungen zu widerstehen.“

Forand leitete kürzlich ein Projekt, das untersuchte, wie Kalzium und Bor eine positive Rolle bei der Stärkung von Pflanzenzellwänden spielen, dabei helfen, die mit Frost und Dürre einhergehende Austrocknung zu verringern und die Resistenz gegen Krankheitserreger zu erhöhen.

Wie sich herausstellte, waren Zwiebeln die perfekte Pflanze, um die Theorie zu testen.

Das Team analysierte Zwiebelproben und sammelte Daten an der Advanced Photon Source (APS) in Illinois, dank der Partnerschaft der Einrichtung mit der Canadian Light Source (CLS) an der University of Saskatchewan.

„Dieses Projekt baut wirklich auf der Arbeit eines früheren USask-Masterstudenten, Jun Liu, auf, der mit Gefrierstress gearbeitet hat“, sagte Forand, „und wir wissen, dass Pflanzen sowohl bei Dürre als auch bei Kälte auf ähnliche Weise Wasser verlieren.“

Zwiebeln sind gute Pflanzen, die man verwenden kann, „weil man leicht eine einzelne Zellschicht abziehen und die Veränderungen in der Zellwand sehen kann“, ein Schlüssel zur Pflanzenstruktur zum Schutz vor Stress verschiedener Art.

Ein einzigartiges Merkmal dieser Forschung, deren Ergebnisse in der Zeitschrift veröffentlicht wurden Pflanzenbestand darin, dass mehrere Belastungen gleichzeitig betrachtet wurden – Austrocknung bei walisischen Zwiebeln und Kochzwiebeln sowie Krankheitserregerresistenz bei Arabidopsis, einem kleinen blühenden Unkraut, das in Afrika beheimatet ist.

Nachdem er den im Gewächshaus angebauten Zwiebeln mit Wasser gemischtes Kalzium zugesetzt hatte, verwendete Forand Synchrotron-Röntgenmikroskopie, um nicht nur zu bestätigen, dass die Pflanzen das Kalzium aufgenommen hatten, sondern dass es sich in der Zellwand befand.

Weitere Tests unter trockenen Bedingungen zeigten eine Verringerung des Wasserverlusts bei den behandelten Pflanzen. In ähnlicher Weise ist bekannt, dass Bor an Pektin in den Zellwänden von Arabidopsis bindet und so dessen Widerstandsfähigkeit gegen eingeschleppte Krankheiten stärkt.

„Wir suchten nach Möglichkeiten, Zellwände strukturell zu verstärken“, sagte Forand. Die Bestätigung, dass Kalzium und Bor die Auswirkungen von Feuchtigkeitsverlust und Krankheiten reduzieren, öffnet die Tür für die Suche nach einer ähnlichen Wirkung in anderen Pflanzen.

Dr. Karen Tanino, USask-Professorin für Pflanzenwissenschaften und Vorgesetzte von Forand, sagte, dass in jedem Jahr „ein Stress häufiger auftreten könnte als der andere – man kann einfach nicht wirklich vorhersagen, was es sein wird. Diese Forschung bietet eine Chance, sich zu schützen Pflanzen gegen Stressschwankungen von Jahr zu Jahr.“

Sowohl Forand als auch Tanino glauben, dass die Erweiterung ihrer Forschung Möglichkeiten bietet, die Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeitsverlust und Krankheiten sowohl bei Feldfrüchten als auch in der Gartenbauindustrie zu stärken.

Tanino, der erste USask-Pflanzenforscher, der Synchrotrontechniken am CLS in einem Projekt einsetzte, das die Gefrierresistenz von – zufälligerweise – Zwiebeln untersuchte, sagte, dass das Stützen von Pflanzenzellwänden gegen verschiedene Belastungen zwar keine Wunderwaffe sei, „es aber ist eine erste Verteidigungslinie.“