Wassereffiziente Saat für eine globale Ernährungssicherung
Wissenschaftler aus dem Vereinigten Königreich haben einen neuen Weg für die Produktion wassereffizienter Saat für dürreresistente Pflanzen entdeckt und tragen somit zur globalen Ernährungssicherung bei. Die Forschung wurde teilweise durch das Projekt PHARMA-PLANTA ("Recombinant pharmaceuticals from plants for human health") gefördert, das 12 Mio. EUR unter dem Themenbereich "Lebenswissenschaften, Genomik und Biotechnologie im Dienste der Gesundheit" des Sechsten EU-Rahmenprogramms (RP6) erhielt. Die Notwendigkeit der Züchtung dürreresistenter Pflanzen wird immer dringlicher, da die Auswirkungen der Klimaveränderung auf der ganzen Welt zu spüren sind und Dürreperioden in immer mehr Ländern zum Problem werden, selbst in jenen, die in der Vergangenheit eher weniger von diesem Phänomen betroffen waren. Ein Forscherteam von der School of Life Sciences der Universität Warwick unter der Leitung von Dr. Lorenzo Frigerio hat nun Schritte unternommen, um dieses Problem zu lösen, und untersuchte zwei Proteine aus der Familie der Major Intristic Proteins (MIP). Diese sind bei lebenden Organismen weit verbreitet und bekanntermaßen an der Wasseraufnahme beteiligt. Als Mitglied des PHARMA-PLANTA-Projekts untersuchte Dr. Frigerio das Endomembransystem von Pflanzen und diese Arbeit veranlasste ihn dazu, über die in dieser letzten Studie beschriebenen molekularen Mechanismen nachzudenken. Seine Arbeit ist ein "hervorragendes Beispiel dafür, wie Konzepte, die aus einer Arbeitsrichtung erwachsen, völlig neue Bereiche der Wissenschaft betreffen können", kommentiert der Koordinator von PHARMA-PLANTA Julian Ma von St. Georges, University of London im Vereinigten Königreich. Der erste der beiden Proteintypen, den sie untersuchten, waren Plasmamembran (PM) intrinsische Proteine (PIPs). Da sie normalerweise in der äußeren Zellschicht gefunden werden, wurde PIPs als mögliche Haupt-Torwächter des Wassertransports in und aus der Zelle in der Regel die meiste Aufmerksamkeit zuteil. Das Team um Dr. Frigerio konzentrierte seine Forschungen deshalb auf eine zweite Proteingruppe, bekannt als Tonoplast Intrinsic Proteins (TIP). Tonoplast ist die Membran, die Strukturen innerhalb der Zellen namens Vakuolen umgibt. Obwohl TIP augenscheinlich in der Lage sind, die Wasseraufnahme zu regulieren, hat die Tatsache, dass sie sich im Tonoplast befinden, das Interesse der Forscher an ihrer Rolle bei der Wasseraufnahme bisher geschmälert. Dies liegt daran, dass der Tonoplast selbst generell nicht als wesentliches Problem für den intrazellulären Wasserfluss angesehen wird, da seine Wasserdurchlässigkeit deutlich höher angenommen wird als die der äußeren Plasmamembran. Mit dieser jüngsten Studie konnten die Wissenschaftler diese Ansicht umkehren, indem sie die bislang vollständigste Karte zur Pflanzen-TIP-Expression erstellten. Die Karte zeigt, dass TIP während der Reife- und Keimphase der Saat eine Rolle beim Wassermanagement spielen. Tatsächlich fanden die Forscher heraus, dass sie sogar eine wesentliche Rolle dabei übernehmen, da von PIP weit und breit nichts zu sehen war. Nach Studium der Microarray-Datensets fand das Forscherteam heraus, dass von 13 durch das Arabidopsis-Genom codierten PIP nur 3 in deren Saat erkennbar zu sein scheinen. Ferner entdeckten sie, dass diese 3 PIP erst 60 Stunden nach der Keimung auftauchten und somit am Ende der wichtigsten Phase der Wasseraufnahme der keimenden Saat. Im Gegensatz dazu fanden die Forscher während der Saatentwicklung und Keimung hohe Mengen des TIP3-Proteins in der Plasmamembran. Dr. Frigerio ist der Ansicht, dass TIP3 nicht nur im Tonoplast vorkommt, sondern auch in der Plasmamembran, um die Abwesenheit - oder sehr niedrige Konzentration - von PIP zu kompensieren. "Wir sind nun auf dem richtigen Weg, um wirklich zu verstehen, wie die Wasseraufnahme während der Entwicklung und der Keimung der Saat reguliert wird", erklärt das Team. "Mit diesem Wissen können Forscher Saaten entwickeln, die den Herausforderungen der globalen Klimaveränderung gewachsen sind und durch Dürreresistenz und höherer Wassereffizienz zur Ernährungssicherheit beitragen."Weitere Informationen unter: University of Warwick: http://www2.warwick.ac.uk/ Molecular Plant: http://mplant.oxfordjournals.org/ PHARMA-PLANTA: http://www.pharma-planta.org/aboutus.htm
Länder
Vereinigtes Königreich