Salzstress stört das Pflanzenwachstum, indem er den Ionenhaushalt beeinträchtigt und die Wasseraufnahme verringert, was eine erhebliche Herausforderung für die Land- und Forstwirtschaft darstellt. Die Aufrechterhaltung des Natrium- (Na+) und Kalium- (K+) Gleichgewichts ist besonders wichtig für Holzpflanzen wie Pappeln, die ein einzigartiges sekundäres Wachstum aufweisen. Die Wege, die die Salztoleranz bei Bäumen ermöglichen, sind jedoch noch nicht gut verstanden, insbesondere im Vergleich zu krautigen Pflanzen.
Aufgrund dieser Herausforderungen ist eine eingehendere Erforschung der Regelungsmechanismen und strukturellen Anpassungen der Bäume von entscheidender Bedeutung, um ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Salzgehalt zu verbessern.
Ein Team der Chinesischen Akademie für Forstwirtschaft und der Qingdao Agricultural University hat eine neue Funktion von miR319a bei der Steigerung der Salztoleranz von Pappeln entdeckt. Erschienen in Gartenbauforschung am 7. Juni 2024 zeigt die Studie, dass die Überexpression von miR319a wichtige strukturelle Veränderungen in den Xylemgefäßen hervorruft und so den Ionentransport und die Stressresistenz verbessert.
Diese Erkenntnisse unterstreichen die Rolle von miR319a bei der Koordinierung der Xylementwicklung und der Ionenhomöostase und eröffnen neue Möglichkeiten zur Verbesserung der Salztoleranz von Gehölzpflanzen – ein entscheidendes Merkmal für eine nachhaltige Forst- und Landwirtschaft.
Die Forschung von Cheng und Kollegen deckt die Doppelfunktion von miR319a bei der Regulierung der Salzstressreaktion und der sekundären Xylementwicklung bei Pappeln auf. Die Überexpression von miR319a führt zu dickeren Xylemschichten, einer erhöhten Anzahl und Größe der Gefäße sowie dünneren Zellwänden, was die Fähigkeit der Pflanze zum Transport von Na+- und K+-Ionen verbessert.
Diese strukturelle Anpassung ist mit der Hochregulierung der wichtigsten Ionentransporter PagHKT1;2 und PagSKOR1-b verbunden, die für den Na+-Efflux und K+-Einstrom von entscheidender Bedeutung sind. Im Gegensatz dazu weisen miR319a-MIMIC-Pflanzen, die miR319a unterdrücken, ein schmaleres Xylem, eine geringere Anzahl von Gefäßen und dickere Wände auf, was zu einem beeinträchtigten Ionentransport und einer erhöhten Salzempfindlichkeit führt.
Diese Erkenntnisse positionieren miR319a als vielversprechendes Ziel zur Verbesserung der Salzresistenz von Bäumen.
„Die Entschlüsselung, wie miR319a die Xylementwicklung und den Ionentransport unter Salzstress beeinflusst, stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Stressbiologie von Pflanzen dar“, sagte Dr. Quanzi Li, ein leitender Forscher der Studie.
„Unsere Forschung enthüllt nicht nur die komplizierte Verbindung zwischen Xylemstruktur und Ionenregulierung, sondern schlägt auch neue genetische Strategien zur Steigerung der Salztoleranz bei Bäumen vor. Diese Arbeit legt den Grundstein für die Entwicklung salzresistenter Baumarten, die angesichts der zunehmenden Bodenversalzung und der klimatischen Herausforderungen von entscheidender Bedeutung sind.“
Die Ergebnisse der Studie sind vielversprechend für die Forst- und Landwirtschaft, insbesondere in salzbelasteten Regionen. Durch die Nutzung von miR319a könnte es möglich werden, Pappelsorten mit erhöhter Salztoleranz zu züchten, was die Biomasseproduktion und ökologische Belastbarkeit verbessert.
Darüber hinaus könnten die ermittelten Regulierungspfade auch auf andere Holzarten ausgeweitet werden und so einen strategischen Ansatz für die Entwicklung stressresistenter Bäume bieten, die in rauen Umgebungen gedeihen können und so eine nachhaltige Forstwirtschaft und den Erhalt der Artenvielfalt unterstützen.
Weitere Informationen:
Yanxia Cheng et al, MiR319a-vermittelte Salzstressreaktion in Pappel, Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae157
Zur Verfügung gestellt von der Chinesischen Akademie für Forstwirtschaft