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Durch die Entschlüsselung des Genoms von zwei nahe verwandten Arten konnten die Forscher aus Bonn und den USA auf die Reaktion von dürretoleranten und -empfindlichen Arten auf Wassermangel schließen. Die toleranten Arten schalten dabei in ein ähnliches genetisches Programm um wie es auch bei der Samenentwicklung vorkommt. Diese Zusammenhänge sind zum ersten Mal gezeigt worden und erschienen in der Fachzeitschrift The Plant Cell.
Vergleiche sind schwierig
Lange beschäftigte das Rätsel die Botaniker schon: Warum kommen manche Pflanzen mit Wassermangel wochenlang zurecht und andere nehmen schon bei kurzer Trockenheit Schaden. Könnte man den Unterschied festlegen, wäre es eine Hilfe zur Entwicklung von dürreresistenten Sorten.
In den vergangenen Jahrzehnten sind bereits einige Mechanismen zur Unempfindlichkeit gegen Wassermangel aufgeklärt worden, viele Punkte sind aber noch unklar, v. a. deshalb weil ein Vergleich von trockentoleranten und -empfindlichen Arten schwierig ist. Die Unterschiede sind oft so gewaltig, das es schwierig ist die für die Toleranz verantwortlichen zu identifizieren.
Geringe Genunterschiede haben große Wirkung
In der aktuellen Studie kam den Forschern ein Glücksfall zugute: Der Botaniker Eberhard Fischer brachte aus Ostafrika zwei nahe verwandet Pflanzenarten der Gattung Lindernia mit, die eine deutlich unterschiedliche Reaktion auf Wassermangel zeigen. Lindernia brevidens übersteht Trockenphasen ohne Probleme, L. subracemosa zeigt eine wesentlich höhere Empfindlichkeit.
Nach der Sequenzierung verglichen die Forscher die beiden Arten miteinander und fanden gleich in diesem ersten Schritt interessante Unterschiede, wie Prof. Dr. Dorothea Bartels vom Institut für Molekulare Physiologie und Biotechnologie der Pflanzen (IMBIO) an der Universität Bonn erklärt. Die genetische Ausstattung der beiden Arten ist zu ca. 90 % ident, einige Gene die mit Dürretoleranz in Verbindung stehen liegen bei L. brevidens aber in deutlich höherer Zahl vor (teilweise in bis zu 26 Kopien).
Im nächsten Schritt untersuchten die Forscher die Aktivität der Gene bei Trockenheit, die Reaktion der beiden Arten unterscheidet sich schon in frühen Phasen von Trockenheit enorm voneinander. Die Blätter von L. brevidens scheinen in einen ähnlichen Prozess umzuschalten, den man normalerweise von Samen kennt, die noch nach langen Trockenphasen keimfähig bleiben.
Die Studie liefert ein komplexes Bild der Entstehung der Dürretoleranz, mit Sicherheit sei aber nicht ein einzelnes Gen verantwortlich für die Fähigkeit mit Trockenheit umzugehen, betont Bartels. Sie hofft, dass die Erkenntnisse und weiteren Untersuchungen langfristig zur Züchtung von Nutzpflanzen beitragen, die mit den veränderten Klimabedingungen besser umgehen können.
Quelle: Universität Bonn
