Forscher nutzen Gentechnik, um überschwemmungstolerante Pflanzen zu schaffen

Wenn Sie Ihren Pflanzen zu viel Wasser hinzufügen, kann dies genauso schädlich sein wie zu wenig Wasser. In der Umwelt haben Pflanzen, die übermäßigem Regen ausgesetzt sind, nur begrenzten Zugang zu Licht und Sauerstoff, was ihre Gedeihfähigkeit verringert oder ganz verhindert. Dies stellt ein großes Problem für Nutzpflanzen dar.

„Überschwemmungen sind eines der größten Probleme der heutigen Landwirtschaft“, sagte Dr. Kendal D. Hirschi, Professor für Pädiatrie und Ernährung am Baylor College of Medicine. „Alle Nutzpflanzen haben dieses Problem. Wenn wir den Pflanzen also die Fähigkeit verleihen könnten, überschwemmungstoleranter zu sein, wären wir eine wichtige Lösung für die Weltlandwirtschaft.“

Interessanterweise war es ein Zufall finden Das brachte Hirschi und seine Kollegen auf die Suche nach einem möglichen Weg, Pflanzen überschwemmungstoleranter zu machen.

Sie führten im Labor mehrere Experimente mit Pflanzen mit Veränderungen in CAX1 durch, einem Gen, das Kalzium in Pflanzen transportiert, als sie eine unerwartete Beobachtung machten. Als sie das CAX-Gen mithilfe von Gentechnik aus Pflanzen entfernten, waren die Pflanzen toleranter gegenüber sauerstoffarmem Stress (Anoxie) und Überschwemmungen als wenn das Gen aktiv war.

Als nächstes charakterisierten die Forscher Pflanzen, denen vier funktionelle Kalziumtransporter fehlen. Sie gemeldet In Pflanze, Zelle und Umwelt dass die Entfernung von Kalziumtransportern den Kalziumspiegel in den Blättern senkte und die Widerstandsfähigkeit der Pflanze gegen niedrige Sauerstoffwerte unter Überschwemmungsbedingungen erhöhte. Die Calciumtransporter-Mutanten veränderten nacheinander die Genexpressionsmuster und Signalwege der Pflanzen, um die Anoxietoleranz zu fördern.

Auf den veränderten Kalziumtransport in den Mutanten folgten auch Veränderungen in der Häufigkeit und Verteilung anderer chemischer Elemente im Blattgewebe, wie z. B. Zink und Kalium. Die Auswirkungen dieser elementaren Veränderungen werden derzeit untersucht.

„Diese Ergebnisse führten zu einer ursprünglichen Hypothese, dass ein verringerter endogener Kalziumspiegel in Pflanzen eine Anoxietoleranz verleiht“, sagte Hirschi. „Diese Hypothese wurde durch den Nachweis gestützt, dass nicht gentechnisch veränderte Pflanzen, die unter Bedingungen mit reduziertem Kalziumgehalt gezüchtet wurden, ähnliche anoxietolerante Eigenschaften hatten wie die, die bei Kalziummutanten beobachtet wurden.“

Die Forscher führten diese Studien im Labor mit einem einfachen Unkraut namens Arabidopsis durch. Sie untersuchen nun die Möglichkeit, Nutzpflanzen wie Reis und Tomaten durch die Eliminierung des Gens einen Vorteil bei Überschwemmungen zu verschaffen.

Dieser Ansatz könnte Teil von Lösungen für die begrenzte Nahrungsmittelversorgung sein, von der Kinder und Familien weltweit betroffen sind, die in überschwemmungsgefährdeten Gebieten leben.