Neue Forschungsergebnisse identifizieren zum ersten Mal die Gene, die Pflanzen dabei helfen, unter Stressbedingungen zu wachsen – mit Auswirkungen auf die Produktion nachhaltigerer Nahrungspflanzen angesichts des globalen Klimawandels.
Unter der Leitung der University of East Anglia (UEA) enthüllt die Studie die Gene, die es Pflanzen ermöglichen, ein neuartiges Anti-Stress-Molekül namens Dimethylsulfoniopropionat oder DMSP herzustellen. Es zeigt, dass die meisten Pflanzen DMSP produzieren, dass aber eine hohe DMSP-Produktion das Wachstum von Pflanzen an der Küste, beispielsweise unter salzigen Bedingungen, ermöglicht.
Die Forschung zeigt auch, dass Pflanzen unter anderen Stressbedingungen wie Trockenheit gezüchtet werden können, wenn ihnen entweder DMSP zugesetzt wird oder Pflanzen geschaffen werden, die ihr eigenes DMSP herstellen. Ein solcher Ansatz kann insbesondere auf stickstoffarmen Böden von Nutzen sein, um die landwirtschaftliche Produktivität zu verbessern.
Dies ist die erste Studie, die die Gene beschreibt, die Pflanzen zur Produktion von DMSP verwenden, identifiziert, warum Pflanzen dieses Molekül herstellen, und entdeckt, dass DMSP zur Verbesserung der Stresstoleranz von Pflanzen verwendet werden kann. Die Ergebnisse werden heute in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation.
Prof. Jon Todd von der School of Biological Sciences der UEA sagte: „Aufregenderweise zeigt unsere Studie, dass die meisten Pflanzen die Anti-Stress-Verbindung DMSP produzieren, das Salzwiesengras Spartina jedoch aufgrund der hohen Konzentrationen, die es ansammelt, etwas Besonderes ist. Das ist wichtig.“ weil Spartina-Salzwiesen globale Hotspots für die DMSP-Produktion und für die Erzeugung des klimakühlenden Gases Dimethylsulfid durch die Wirkung von Mikroben sind, die DMSP abbauen.“
Der Hauptautor Dr. Ben Miller, ebenfalls von der School of Biological Sciences der UEA, fügte hinzu: „Diese Entdeckung liefert grundlegende Erkenntnisse darüber, wie Pflanzen Stress tolerieren, und bietet vielversprechende Möglichkeiten zur Verbesserung der Toleranz von Nutzpflanzen gegenüber Salzgehalt und Trockenheit, was für die Verbesserung der landwirtschaftlichen Nachhaltigkeit wichtig ist.“ angesichts des globalen Klimawandels.
Zum Forschungsteam gehörten Wissenschaftler der School of Biological Sciences, der School of Chemistry, Pharmacy and Pharmacology und der Ocean University of China der UEA.
Sie untersuchten eine Salzwiesen-Schnurgrasart – Spartina anglica –, die große Mengen an DMSP produziert, und verglichen ihre Gene mit denen anderer Pflanzen, die das Molekül produzieren, wenn auch hauptsächlich in geringen Konzentrationen.
Viele dieser Arten mit geringer DMSP-Anreicherung sind Nutzpflanzen, die große Flächen im Vereinigten Königreich bedecken, wie etwa Gerste und Weizen.
Die Forscher identifizierten drei Enzyme, die an der hohen Produktion von DMSP in Spartina anglica beteiligt sind. DMSP spielt eine entscheidende Rolle beim Stressschutz und ist ein wesentlicher Bestandteil des globalen Kohlenstoff- und Schwefelkreislaufs sowie der Produktion klimaaktiver Gase.
Salzwiesen-Ökosysteme, insbesondere solche, die von Spartina-Schnurgras dominiert werden, sind Hotspots für die DMSP-Produktion, da diese Pflanzen in der Lage sind, ungewöhnlich hohe Konzentrationen der Verbindung zu synthetisieren.
Weitere Informationen:
Die Aufklärung der Dimethylsulfoniopropionat-Synthesegene von Spartina ermöglicht die Entwicklung stresstoleranter Pflanzen. Naturkommunikation (2024).