Geninteraktion, die zur Hitzetoleranz von Reis beiträgt, identifiziert

Reis ist eines der wichtigsten Grundnahrungsmittel, von dem mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung abhängig ist. Aber wenn die Temperaturen steigen und extreme Wetterereignisse zunehmen, wird Reis anfälliger. Genetisch veränderte Stämme können einigen Überschwemmungen standhalten, aber nur wenige, wenn überhaupt, können den Hitzestress überleben, der durch die Kombination aus hohen Temperaturen und Dürre verursacht wird. Mit Hilfe einer molekularen Karte, die die spezifischen Geninteraktionen auflistet, die steuern, wie tolerant Reis gegenüber Hitze ist, könnten sich jedoch widerstandsfähigere Pflanzen am Horizont abzeichnen.

Heute erschienen in Wissenschaftführt die Karte laut den Studienautoren zwar nicht zu Piratenschätzen, aber sie legt den Grundstein für etwas weitaus Wertvolleres für weit mehr Menschen – Ernährungssicherheit.

„Während seines Lebenszyklus wird Reis leicht durch Hitzestress beeinflusst und ist durch die globale Erwärmung noch anfälliger“, sagte der korrespondierende Autor Lin Hongxuan, Professor, National Key Laboratory of Plant Molecular Genetics, Chinese Academy of Science Center for Excellence in Molecular Plant Sciences , Shanghai Institut für Pflanzenphysiologie und Ökologie. „Die Verbesserung der thermischen Toleranz von Reis spielt eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung und Steigerung des Ertrags von Reispflanzen bei hohen Temperaturen und stellt die Versorgung der Weltbevölkerung mit Nahrungsmitteln sicher.“

Die thermische Toleranz von Reis ist ein quantitatives Merkmal, das sich aus der Interaktion mehrerer Gene sowie aus dem Input der Umwelt ergibt. Laut Lin haben Pflanzen mehrere Mechanismen, die speziell entwickelt wurden, um sich vor Hitze zu schützen, aber wie die Zellen hohe Temperaturen wahrnehmen und diese Informationen intern weitergeben, ist bis jetzt schwer fassbar geblieben.

In einer Reihe von Experimenten mit afrikanischen und asiatischen Reissorten schlugen die Forscher verschiedene Gene aus und untersuchten, wie dies die genetische Ausstattung und die physische Manifestation der resultierenden Pflanzen beeinflusste.

„Wir fanden heraus, dass ein genetisches Modul in Reis Wärmesignale von der Plasmamembran der Zelle mit ihren inneren Chloroplasten verbindet, um sie vor Schäden durch Hitzestress zu schützen und den Getreideertrag unter Hitzestress zu erhöhen“, sagte Lin.

Als Thermotoleranz 3 oder TT3 bezeichnet, ist das genetische Modul der physische Ort im genetischen Material der Zelle, der die Gene TT3.1 und TT3.2 enthält, die interagieren, um die Thermotoleranz von Reis zu verbessern. Ein Stück TT3.1 scheint als Wärmesensor zu dienen, wenn es sich von der Plasmamembran weg zum Transportweg der Zelle bewegt, wo es seinen Partner TT3.2 markiert, der von der Zelle abgebaut und entfernt wird. Laut Lin ist TT3.2 an der Gefährdung von Chloroplasten beteiligt, und die Zelle kann sich besser vor Hitzestress schützen, wenn die Häufigkeit von TT3.2 in Chloroplasten verringert ist.

Bei der Pflanzenanalyse fanden die Forscher heraus, dass TT3, ob es natürlich vorkommt oder genetisch verändert wurde, die Hitzetoleranz verbessert und Ertragsverluste durch Hitzestress reduziert.

„Nach sieben Jahren der Bemühungen haben wir erfolgreich ein neu identifiziertes thermotolerantes Reismodul, das zwei Gene umfasst, genau kartiert und geklont und einen neuen thermotoleranten Pflanzenmechanismus entdeckt“, sagte Lin. „Diese Studie zeigt, dass diese genetische Interaktion die Thermotoleranz von Reis verbessern, den durch Hitzestress verursachten Ertragsverlust deutlich reduzieren und den Reisertrag stabil halten kann.“

Die Forscher planen, weiterhin thermotolerante Gene zu identifizieren und genetische Ressourcen zu entwickeln, um sie in die Pflanzenzüchtung zu integrieren.

„Die Gene, die wir bereits identifiziert haben, sind in anderen wichtigen Nutzpflanzen wie Mais und Weizen konserviert“, sagte Lin. „Sie sind wertvolle Ressourcen für die Züchtung von Pflanzen, die sehr hitzestresstolerant sind, um die durch die globale Erwärmung verursachten Bedenken hinsichtlich der Ernährungssicherheit anzugehen.“