Eine aktuelle Studie hat Licht auf einen wichtigen genetischen Mechanismus geworfen, der die Dürreresistenz von Pflanzen steigert. Die Forschung deckt die Rolle des in Wildbirnen vorkommenden Transkriptionsfaktors PbERF3 auf, der zusammen mit dem Protein PbHsfC1a Gene reguliert, die für die Dürreresistenz von entscheidender Bedeutung sind.
Dieser Durchbruch könnte den Anbau von Nutzpflanzen mit größerer Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasserknappheit maßgeblich voranbringen und eine wichtige Lösung für die dringendsten Umweltprobleme unserer Zeit bieten.
Dürre beeinträchtigt die landwirtschaftliche Produktivität und das Überleben der Pflanzen erheblich. Traditionelle Methoden zur Verbesserung der Dürreresistenz, wie selektive Züchtung und genetische Modifikation, waren bisher nur begrenzt erfolgreich. Daher ist die Identifizierung genetischer Komponenten, die die Dürretoleranz erhöhen, von entscheidender Bedeutung.
Untersuchungen haben gezeigt, dass das Verständnis und die Manipulation dieser genetischen Faktoren zur Entwicklung widerstandsfähigerer Nutzpflanzen führen können.
Aufgrund dieser Herausforderungen besteht dringender Bedarf, die genetischen Mechanismen der Dürreresistenz tiefer zu erforschen, um wirksame Lösungen für eine nachhaltige Landwirtschaft zu entwickeln.
Ein Team von Wissenschaftlern des College of Horticulture der Nanjing Agricultural University veröffentlicht eine Studie am 30. März 2024 in Gartenbauforschung.
Im Mittelpunkt der Forschung steht der Transkriptionsfaktor PbERF3 aus der Wildbirne. Seine Rolle bei der Steigerung der Dürreresistenz wird durch die Interaktion mit einem anderen Protein, PbHsfC1a, nachgewiesen. Diese Interaktion reguliert die Expression von Genen, die am Wasserstoffperoxidtransport und der Abscisinsäurebiosynthese beteiligt sind, was für die Dürretoleranz von entscheidender Bedeutung ist.
Die Studie zeigt, dass die Überexpression von PbERF3 in Birnenkallus und Arabidopsis die Dürreresistenz erhöht, indem das Redoxgleichgewicht wiederhergestellt und wichtige Dürrestresswege aktiviert werden.
PbERF3 interagiert mit PbHsfC1a und bildet einen Heterodimer, der an die Promotoren von PbPIP1;4 und PbNCED4 bindet, die für den Wasserstoffperoxidtransport und die Abscisinsäurebiosynthese essentiell sind.
Diese Interaktion aktiviert wichtige Signalwege, die die Dürretoleranz verbessern.
Die Stilllegung von PbERF3 führte zu einer verringerten Dürreresistenz, was seine wichtige Rolle bei der Stressreaktion unterstreicht. Darüber hinaus zeigt die Forschung, dass PbERF3 die Transkription von PbPIP1;4 direkt stimuliert und so die Fähigkeit der Pflanze verbessert, mit oxidativem Stress umzugehen.
Diese Erkenntnisse enthüllen ein neuartiges Regelungsmodul, mit dem Pflanzen Trockenstress bekämpfen, und geben Aufschluss über die Entwicklung gentechnisch veränderter Nutzpflanzen mit verbesserter Trockenresistenz.
Dr. Xiaosan Huang, der korrespondierende Autor, sagte: „Unsere Ergebnisse enthüllen ein kritisches Regelnetzwerk, mit dem Wildbirnen Dürrestress bekämpfen. Das Verständnis dieses Mechanismus eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung dürreresistenter Pflanzen, was angesichts der zunehmenden Klimavariabilität von entscheidender Bedeutung ist.“
Diese Entdeckung bildet die Grundlage für die Entwicklung gentechnisch veränderter Nutzpflanzen mit erhöhter Dürretoleranz und könnte so die Widerstandsfähigkeit der Landwirtschaft verbessern.
Durch Nutzung des Regelungsmoduls PbERF3-PbHsfC1a können Wissenschaftler Pflanzen züchten, die Dürrebedingungen besser standhalten und so die Ernährungssicherheit und nachhaltige landwirtschaftliche Praktiken in Trockengebieten gewährleisten.
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Feng Zhang et al, Pyrus betulaefolia ERF3 interagiert mit HsfC1a, um Aquaporin PIP1;4 und NCED4 koordiniert für Dürretoleranz zu regulieren, Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae090