Neue Forschungserkenntnisse zu den Mechanismen der Salztoleranz bei Pflanzen
Zur Versalzung von Böden kommt es, wenn sich überschüssiges Salz in der Wurzelzone ansammelt. Durch dieses Phänomen verringert sich die Bodenproduktivität, bis die betroffene Fläche letztlich nicht mehr kultivierbar ist – ein wachsendes Problem für die Landwirtschaft weltweit, insbesondere in bewässerten Trocken- und Halbtrockengebieten. „Wir wissen, dass der SOS-Signalpfad(öffnet in neuem Fenster) (Salt Overly Sensitive Pathway) eines der wichtigsten Regulierungssysteme für die Natriumextrusion(öffnet in neuem Fenster) bei Pflanzen ist – ein Abwehrvorgang, der durch Salzstress aktiviert wird“, sagt Paula Ragel de la Torre, Forscherin am Zentrum für Organismische Studien(öffnet in neuem Fenster) der Universität Heidelberg(öffnet in neuem Fenster). „Es besteht jedoch noch eine erhebliche Wissenslücke, was die Frühstadien der Erkennung und Regulierung bei der Antwort auf Salzstress betrifft.“ Mit dem EU-finanzierten Projekt signNal unter der Leitung von Ragel de la Torre soll diese Wissenslücke nun geschlossen werden. Ziel war, ein genaueres Verständnis der Salztoleranz-Mechanismen bei Pflanzen zu erlangen. „Ich wollte zeigen, wie sich die Salzstresserkennung von anderen biotischen(öffnet in neuem Fenster) und abiotischen(öffnet in neuem Fenster) Stressoren unterscheidet, die ebenfalls zum Anstieg des Natriumspiegels führen“, erläutert Ragel de la Torre, die ihre Forschungsarbeit mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) durchführte.
Mehrere wichtige Schlussfolgerungen
Trotz einiger Verzögerungen aufgrund der COVID-19-Pandemie gelang es den Forschenden des Projekts, etliche wichtige Schlüsse zu ziehen. So konnten sie zeigen, das Salzstress einen Anstieg im pH-Wert(öffnet in neuem Fenster) des Cytosols(öffnet in neuem Fenster) in der Wurzelspitze fördert. „Der Wert war höher als derjenige, der bei gleichem osmotischen Stress(öffnet in neuem Fenster) beobachtet wurde, und in jedem Fall so hoch, dass man von mehrfachen Auswirkungen für die Zellen ausgehen kann“, merkt Ragel de la Torre an. Wie die Forschungsergebnisse zudem nahelegen, funktioniert die Wurzelspitze als Nische für die Stresserkennung: Durch eine Kombination stressspezifischer Veränderungen der pH- und Calcium-Werte werden dort stressspezifische Reaktionen aktiviert. „Ich bin stolz darauf, bewiesen zu haben, dass existierende Veränderungen im pH-Wert eine Antwort auf abiotische Stressoren darstellen“, ergänzt sie. „Außerdem ist es mir gelungen, das Projekt erfolgreich zu planen, umzusetzen, zu verwalten und durchzuführen. Gleichzeitig konnte ich mir die neuesten Methoden aneignen, diese anwenden und mein Kooperationsnetzwerk ausbauen.“ Nicht abschließend geklärt wurde jedoch die Frage, ob Veränderungen im pH-Wert erforderlich sind, um den SOS-Signalpfad zu aktivieren, oder ob die mutmaßliche Salzbrücke in SOS3(öffnet in neuem Fenster), einer Familie von Calcium-Sensoren, als pH-sensitives Modul fungierte. „Einige Ergebnisse passten zu unserer Hypothese, andere ließen sich nicht so einfach erklären“, sagt Ragel de la Torre. „Wie bei wissenschaftlicher Forschung üblich, gibt es auch hier noch mehr zu tun.“
Wegbereitung für weitere Forschung
Das Projekt sigNal beleuchtete die Mechanismen, mithilfe derer Veränderungen im Boden von den Pflanzenwurzeln in bestimmte Reaktionen umgewandelt werden, und trug damit zu einer erheblichen Wissenserweiterung in der Forschung bei. Insbesondere führte es zu neuen Erkenntnissen über die Signale bei Salzstress, indem salzbezogene und osmotische Stressoren mit Veränderungen des pH-Werts in einer spezifischen Nische der Wurzel in Verbindung gebracht wurden. „Die Ergebnisse von sigNal haben den Weg für weitere Untersuchungen zu pflanzlichen Signalpfaden bereitet“, so die Forscherin abschließend. „Ausgehend von den neuen Einblicken in die Salztoleranz-Mechanismen von Pflanzen, die unsere Arbeit ermöglicht hat, kann die Forschung künftig Nutzpflanzenarten entwickeln, die an suboptimale Umgebungsbedingungen angepasst sind.“
