Ein ganz offensichtlicher Aspekt hier ist, dass eigentlich jede Pflanze extreme Trockenheit überstehen kann, denn jede Pflanze produziert Samen die Austrocknen und wenn sie wieder befeuchtet werden quellen und auskeimen das heißt im Prinzip hat jede Pflanze das Repertoire an Genen um extreme Trockenheitssituationen zu überstehen und ihre Zellen zu schützen. 3:00 Es hängt ab von der Regulation wann und wo dieses Repertoire angeschaltet wird um diese Eigenschaften dann aus zu prägen.
Wie verschlungen solche Regulationswege sein können, weiß Prof. Thomas Altmann vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Golm bei Potsdam von seiner eigenen Arbeit mit Arabidopsis. Dieses allgegenwärtige Unkraut ist zu so etwas wie der Versuchsmaus der Pflanzengenetiker geworden. Die Arbeitsgruppe um Dr. Kazuo Shinozaki vom japanischen RIKEN Zentrum hat die Modellpflanze nun bewusst vertrocknen lassen. Mit den modernsten Methoden der Genomforschung konnten die Forscher nachweisen, dass es viele hundert Gene gibt, die auf eine Dürre reagieren. So ein komplexes Muster lässt sich kaum beeinflussen. Die japanischen Wissenschaftler haben deshalb nachgesehen, wie diese vielen Gene gesteuert werden. Und dabei zeigte es sich, dass es nur vier Steuerelemente gibt, die bei einem Wassermangel das genetische Schutzprogramm gegen Trockenheit aktivieren können. Normalerweise enthält das Erbgut von Arabidopsis nur eine Kopie der verschiedenen Hauptschalter gegen die Dürre. Mit den Methoden der Gentechnik hat Kazuo Shinozaki zusätzlich weiter Kopien dieses Hauptschalters in die Pflanze gebracht, um so die Reaktion auf einen Wassermangel zu vervielfältigen. Das Ergebnis beeindruckt Thomas Altmann:
Es ist so, dass bei verstärkter Aktivierung dieser zentralen Regulatoren wir nennen das Überexpression, dass dann die Pflanzen frisch und grün bleiben, überleben, während die nicht veränderten, die nicht überproduzierenden Pflanzen vollkommen vertrocknet und abgestorben sind. Also das sind sehr drastische Bilder, die der Herr Shinozaki auch zeigen kann, dass sie in der Tat länger grün bleiben und wenn sie dann wieder bewässert werden auch weiter wachsen können.
Nun will sicher kein Bauer, dass ausgerechnet das Unkraut Arabidopsis eine Dürreperiode besser übersteht als seine Nutzpflanzen.
Altmann: Wenn man diese Kenntnisse jetzt an der Modellpflanze Arabidopsis gewonnen hat, welcher Art diese Regulatoren sind, dann lassen sich diese Ergebnisse natürlich auch auf andere Pflanzen übertragen und da gibt es schon Hinweise, dass eine Übertragung eines Arabidopsisgens beispielsweise in eine Verwandte Kreutzblütler eine ähnliche Reaktion auch hervorrufen kann.
Den Forschern am RIKEN Zentrum und ihren amerikanischen Kollegen ist es inzwischen gelungen neben dem Kreutzblütler Raps auch den Weizen widerstandsfähiger gegen eine Trockenheit zu machen. Bevor diese Sorten aber auf die Felder kommen, sind noch viele Experimente erforderlich. Zum einen geht es um die Sicherheit. Künstlich eingebrachte Gene breiten sich immer ein wenig aus. Gelangen aber eine Dürreresistenz in ein Unkraut, könnte das einen echten Selektionsvorteil erhalten. Aus Sicht der Landwirte noch entscheidender ist aber die Frage, wie viel Ertrag so ein Weizen bringt. Wenn die Pflanze ständig auf der Hut vor einer Dürreperiode ist, vergeudet sie Energie. Und das wird sich nur lohnen, wenn es im Anbaugebiet tatsächlich häufig zu Trockenperioden kommt.
Wie verschlungen solche Regulationswege sein können, weiß Prof. Thomas Altmann vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Golm bei Potsdam von seiner eigenen Arbeit mit Arabidopsis. Dieses allgegenwärtige Unkraut ist zu so etwas wie der Versuchsmaus der Pflanzengenetiker geworden. Die Arbeitsgruppe um Dr. Kazuo Shinozaki vom japanischen RIKEN Zentrum hat die Modellpflanze nun bewusst vertrocknen lassen. Mit den modernsten Methoden der Genomforschung konnten die Forscher nachweisen, dass es viele hundert Gene gibt, die auf eine Dürre reagieren. So ein komplexes Muster lässt sich kaum beeinflussen. Die japanischen Wissenschaftler haben deshalb nachgesehen, wie diese vielen Gene gesteuert werden. Und dabei zeigte es sich, dass es nur vier Steuerelemente gibt, die bei einem Wassermangel das genetische Schutzprogramm gegen Trockenheit aktivieren können. Normalerweise enthält das Erbgut von Arabidopsis nur eine Kopie der verschiedenen Hauptschalter gegen die Dürre. Mit den Methoden der Gentechnik hat Kazuo Shinozaki zusätzlich weiter Kopien dieses Hauptschalters in die Pflanze gebracht, um so die Reaktion auf einen Wassermangel zu vervielfältigen. Das Ergebnis beeindruckt Thomas Altmann:
Es ist so, dass bei verstärkter Aktivierung dieser zentralen Regulatoren wir nennen das Überexpression, dass dann die Pflanzen frisch und grün bleiben, überleben, während die nicht veränderten, die nicht überproduzierenden Pflanzen vollkommen vertrocknet und abgestorben sind. Also das sind sehr drastische Bilder, die der Herr Shinozaki auch zeigen kann, dass sie in der Tat länger grün bleiben und wenn sie dann wieder bewässert werden auch weiter wachsen können.
Nun will sicher kein Bauer, dass ausgerechnet das Unkraut Arabidopsis eine Dürreperiode besser übersteht als seine Nutzpflanzen.
Altmann: Wenn man diese Kenntnisse jetzt an der Modellpflanze Arabidopsis gewonnen hat, welcher Art diese Regulatoren sind, dann lassen sich diese Ergebnisse natürlich auch auf andere Pflanzen übertragen und da gibt es schon Hinweise, dass eine Übertragung eines Arabidopsisgens beispielsweise in eine Verwandte Kreutzblütler eine ähnliche Reaktion auch hervorrufen kann.
Den Forschern am RIKEN Zentrum und ihren amerikanischen Kollegen ist es inzwischen gelungen neben dem Kreutzblütler Raps auch den Weizen widerstandsfähiger gegen eine Trockenheit zu machen. Bevor diese Sorten aber auf die Felder kommen, sind noch viele Experimente erforderlich. Zum einen geht es um die Sicherheit. Künstlich eingebrachte Gene breiten sich immer ein wenig aus. Gelangen aber eine Dürreresistenz in ein Unkraut, könnte das einen echten Selektionsvorteil erhalten. Aus Sicht der Landwirte noch entscheidender ist aber die Frage, wie viel Ertrag so ein Weizen bringt. Wenn die Pflanze ständig auf der Hut vor einer Dürreperiode ist, vergeudet sie Energie. Und das wird sich nur lohnen, wenn es im Anbaugebiet tatsächlich häufig zu Trockenperioden kommt.