Stomata-Studie liefert neue Erkenntnisse über die Reaktion von Pflanzen auf hohe Temperaturen und Dürre

Wir werden zunehmend mit den Auswirkungen des Klimawandels konfrontiert, Missernten sind nur ein Beispiel dafür. Die Bewältigung dieser Herausforderungen erfordert vielfältige Ansätze, einschließlich der Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von Pflanzen.

Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Forschern des VIB-UGent hat herausgefunden, wie das Öffnen und Schließen von Spaltöffnungen – winzigen Poren auf Blättern – als Reaktion auf hohe Temperaturen und Trockenheit reguliert wird. Diese neuen Erkenntnisse, veröffentlicht In Naturpflanzenebnen den Weg für die Entwicklung von Pflanzen, die für den Klimawandel gerüstet sind.

Der globale Klimawandel betrifft immer mehr Menschen, extreme Wetterbedingungen werden immer mehr zur Norm. Über die unmittelbaren Auswirkungen wie Überschwemmungen und schwere Dürren hinaus hat es auch erhebliche Auswirkungen auf unsere natürlichen Ökosysteme und Nutzpflanzen und macht es in vielen Regionen schwierig, die Nahrungsmittel anzubauen, auf die wir angewiesen sind, oder die richtigen klimaangepassten Pflanzen zu finden.

Prof. Ive De Smet (VIB-UGent Center for Plant Systems Biology) sagte: „Unsere Forschung konzentriert sich seit Jahren auf die Auswirkungen extremer Wetterbedingungen auf Pflanzen. Die molekularen Erkenntnisse, die wir gewinnen, können zu Lösungen zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit von Pflanzen führen. Im Wesentlichen.“ Wir lernen aus den natürlichen Mechanismen, die Pflanzen selbst einsetzen.

„Zum Beispiel, wie Spaltöffnungen auf Blättern eine entscheidende Rolle bei der Interaktion der Pflanze mit der Umwelt spielen. Das macht Einblicke in ihre Aktivierungsmechanismen äußerst wertvoll.“

Widersprüchliche Reaktionen in Stomata, den „Schweißdrüsen“ von Pflanzen

Pflanzen reagieren auf veränderte Umweltbedingungen unter anderem durch das Öffnen oder Schließen kleiner Poren in ihrer Epidermis. Diese Spaltöffnungen regulieren den Gas- und Wasserdampfaustausch mit der Umgebung, fungieren als Eintrittspforte für Krankheitserreger und sind von zentraler Bedeutung für den Schutz der Pflanzen vor abiotischem Stress.

Bei hohen Temperaturen öffnen sich die Stomata, um abzukühlen. Bei Trockenheit schließen sie sich, um Wasserverlust zu verhindern. Wenn also die Bedingungen trocken und heiß sind, kann dies zu widersprüchlichen – und daher weniger effizienten – stomatären Reaktionen führen. Das VIB-UGent-Team von Prof. Ive De Smet schloss sich mit Forschungsteams der Universitäten Utrecht (NL), Valencia (Spanien) und Wageningen (NL) zusammen und machte sich daran, die zugrunde liegenden zellulären Mechanismen zu entschlüsseln.

Eine gut regulierte Signalachse

Dr. Xiangyu schneller als genetische Schalter. Deshalb haben wir die Rolle von Kinase-vermittelten Phosphorylierungsrelais beim Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen untersucht.

Xu und seinen Kollegen gelang es, eine neuartige phosphorylierungsabhängige Signalachse zu identifizieren und zu charakterisieren, die die Stomata-Öffnung bei hohen Temperaturen und/oder Dürrebedingungen reguliert. Sie zeigten, dass TOT3, eine Hochtemperatur-assoziierte Kinase, die Stomata-Öffnung unter Hochtemperaturbedingungen steuert, und dass OST1, das den Stomata-Verschluss bei Trockenstress reguliert, TOT3 direkt durch Phosphorylierung inaktiviert.

Diese spezifische, durch Phosphorylierung vermittelte Kontrolle der TOT3-Aktivität fungiert als Schalter zur Vermittlung der Stomataöffnung bei hohen Temperaturen und/oder Dürrebedingungen.

Dr. Lam Dai Vu (VIB-UGent) fügte hinzu: „Als Forscher ist es lohnend, eine neue Signalachse zu entschlüsseln, die das Öffnen und Schließen der Stomata als Reaktion auf verschiedene Stresssignale koordiniert. Noch wichtiger ist, dass im Kontext des globalen Klimawandels Das Verständnis dieser Mechanismen birgt Potenzial für die Entwicklung von Nutzpflanzen, die den Herausforderungen des Klimawandels standhalten.“