Neue genetische Erkenntnisse könnten zu dürreresistenter Baumwolle führen

Baumwolle ist in die Stoffe unseres Lebens eingewebt, von weichen T-Shirts über bequeme Jeans bis hin zu kuscheligen Bettlaken. Sie ist die weltweit führende erneuerbare Textilfaser und das Rückgrat einer globalen Milliardenindustrie.

Mit zunehmendem Klimawandel sind Baumwollbauern zunehmend mit Dürre und Hitze konfrontiert. Neue Forschungsergebnisse geben jedoch Anlass zur Hoffnung, widerstandsfähigere Sorten zu entwickeln, die auch unter Wasserknappheit hohe Erträge liefern können.

Ein interdisziplinäres Forscherteam untersuchte kürzlich in einer Studie, wie verschiedene Baumwollpflanzen auf genetischer Ebene auf Dürre reagieren veröffentlicht im Zeitschrift für PflanzenbiotechnologieSie bauten 22 Sorten Hochlandbaumwolle (Gossypium hirsutum L.) in Arizonas Tieflandwüstenregion an und setzten die Hälfte der Pflanzen Dürrebedingungen aus. Durch die Analyse der Gene und physischen Merkmale der Pflanzen gewannen die Wissenschaftler einige faszinierende Einblicke in die Mechanismen der Baumwolle zur Bewältigung von Dürre.

Sie fanden heraus, dass zwei wichtige regulatorische Gene, GhHSFA6B-D und GhDREB2A-A, eine entscheidende Rolle dabei spielen, Baumwollpflanzen dabei zu helfen, Wasserstress zu bewältigen und gleichzeitig die Faserproduktion aufrechtzuerhalten. Diese Gene wirken wie Orchesterdirigenten und koordinieren die Aktivität von Hunderten anderer Gene, die an der Reaktion auf Dürre und der Faserentwicklung beteiligt sind.

„Wir waren begeistert, diesen direkten Zusammenhang zwischen Stresstoleranz und der Aufrechterhaltung des Faserertrags zu entdecken“, sagte Co-Autor Dr. Andrew Nelson, Assistenzprofessor am Boyce Thompson Institute. „Es scheint, dass Baumwollpflanzen im Laufe der Zeit diesen Regulierungsmechanismus entwickelt haben, der ihnen hilft, mit trockenen Bedingungen zurechtzukommen und dennoch die Fasern zu produzieren, die wirtschaftlich so wichtig sind.“

Einer der faszinierendsten Befunde betrifft ein Gen namens GhIPS1-A, das ein Enzym produziert, das für die Synthese von Verbindungen wichtig ist, die Pflanzen vor Dürrestress schützen. Die Forscher fanden heraus, dass nur eine Kopie dieses Gens, das von den afrikanischen Vorfahren der Baumwollpflanze geerbt wurde, auf GhHSFA6B-D reagiert. Dies deutet darauf hin, dass die Fähigkeit der Baumwolle, mit Dürre umzugehen, alte Wurzeln hat, die vor ihrer Domestizierung liegen.

Noch faszinierender ist, dass das Team eine winzige genetische Variation in der Nähe des GhIPS1-A-Gens entdeckte, die offenbar Einfluss darauf hat, wie gut die Baumwolle ihren Ertrag unter wasserarmen Bedingungen aufrechterhält.

„Diese einzelne Änderung eines DNA-Buchstabens war mit einer höheren Faserproduktion bei dürrestressten Pflanzen verbunden“, erklärte Co-Autor Dr. Duke Pauli, außerordentlicher Professor an der University of Arizona. „Solche kleinen genetischen Unterschiede könnten wertvolle Ziele für Züchter sein, die widerstandsfähigere Baumwollsorten entwickeln möchten.“

Da der Klimawandel in vielen Baumwollanbaugebieten zu häufigeren und schwereren Dürren führt, ist die Entwicklung von Sorten, die mit weniger Wasser auskommen, von entscheidender Bedeutung. Diese Forschung liefert wertvolle Erkenntnisse und genetische Ziele als Orientierung für diese Züchtungsbemühungen.

Darüber hinaus unterstreicht die Studie, wie wichtig es ist, verschiedene Baumwollsorten zu erhalten. Die Vielfalt der beobachteten Dürrereaktionen bei den 22 untersuchten Sorten unterstreicht, wie wichtig genetische Vielfalt für die Anpassung von Nutzpflanzen an veränderte Bedingungen ist.

In einer Welt, die vor zunehmenden Umweltproblemen steht, ist es wichtiger denn je, zu verstehen, wie unsere wichtigsten Pflanzen auf molekularer Ebene auf Stress reagieren. Diese Studie erweitert unser wissenschaftliches Wissen und ebnet den Weg für eine widerstandsfähigere und nachhaltigere Landwirtschaft angesichts des Klimawandels.