Ökologie: Wissenschaftler kreieren dürreresistente Pflanzen

Wissenschaftler haben dürreresistente Tabakpflanzen geschaffen, die ausgedehnte Trockenperioden überstehen und mit 70 Prozent weniger Wasser gedeihen als normale Tabakpflanzen.

Die Entdeckung könnte für die Schaffung weiterer dürreresistenter Feldfrüchte wichtig sein, sagt Jeffrey Leung, Biologe am französischen National Centre für Scientific Research in Gif-sur-Yvette, der nicht an der Studie beteiligt war.

Bislang haben sich die Forscher unter der Leitung des Biologen Eduardo Blumwald von der University of California auf Tabak konzentriert, der leicht genetisch zu manipulieren ist. Sie testen ihren Ansatz nun an Tomaten, Reis und Weizen.

Dürre ist die Hauptursache für Ernteverluste weltweit und es wird erwartet, dass Wasserknappheit ein immer wichtigerer Faktor wird, da der Klimawandel Regenfall-Muster und das Agrarland in vielen Regionen, in denen Landwirtschaft eine wichtige Rolle spielt, verändert. In vielen Teilen der Welt ist Wasser bereits so teuer wie Dünger, sagt Blumwald.

Wie zerstreute Gärtner nur allzu gut wissen, begegnen Pflanzen, denen es an Wasser mangelt, dem Stress häufig, indem sie welken und ihre Blätter abwerfen. Dies wird als wesentlicher Teil ihrer Überlebensstrategie betrachtet: Sie opfern ältere Blätter, um lange genug zu überleben, um Saat auszubilden.

Dieses Vorgehen kann bei Wildpflanzen das langfristige Überleben sichern, sich auf Erntepflanzen jedoch verheerend auswirken, sagt Blumfeld. "Feldfrüchte verfolgen dieselbe Strategie wie Wildpflanzen", erklärt er. "Wenn irgendetwas schief läuft, bilden sie Saaten aus und sterben ab. Aber dafür bauen wir Feldfrüchte nicht an."

Eine Frage der Hormone

Blumwald nahm an, dass das durch Trockenheit hervorgerufene Abwerfen der Blätter genetisch programmiert ist, und schloss daraus, dass ein Weg, diese genetische Programmierung zu umgehen, darin besteht, ein Pflanzenhormon mit der Bezeichnung Zytokinin zu vermehren. Zytokinine fördern die Zellteilung und werden in wachsenden Pflanzenteilen gefunden. Absterbende Pflanzenteile hingegen produzieren keine Zytokinine.

Blumfeld und seine Kollegen schufen daher transgene Tabakpflanzen, die ein Protein produzieren, das Zytokinine in belastetem Gewebe freisetzt. Während gewöhnliche Tabakpflanzen ihre Blätter abwarfen und starben, wenn sie zwei Wochen lang nicht gegossen wurden, behielten die transgenen Pflanzen ihre Blätter und erholten sich wieder, wenn sie wieder Wasser bekamen.

Die Ernte der transgenen Pflanzen reduzierte sich darüber hinaus auch nur um 12 Prozent, wenn sie 70 Prozent weniger Wasser als üblich erhielten. Die Ergebnisse wurden in Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht (1).

Die Resultate sind überraschend, sagt Leung, da sich Wissenschaftler früher auf ein anderes Pflanzenhormon mit der Bezeichnung Abscisinsäure als Schlüssel zur Manipulation der Dürreresistenz konzentriert haben. "Genetische Screenings haben hunderte von Genen aufgedeckt, die mit der Dürreresistenz in Zusammenhang stehen", sagt Leung, "und wenn es einen Hinweis auf eine Veränderung in einem Hormon gab, dann war es immer Abscisinsäure."

Der neue Ansatz könnte Vorteile mit sich bringen, sagt er, denn frühere Versuche, Abscisinsäure zu manipulieren, erbrachten Pflanzen, die bereits unter normalen Wachstumsbedingungen unnormal waren.

Arie Altman, Pflanzenbiologe an der Hebrew University in Jerusalem, ist ebenfalls der Meinung, dass die Arbeit ein wichtiger Beitrag zur Verbesserung der Dürreresistenz bei Pflanzen ist. Ein wichtiger nächster Schritt, merkt er an, besteht darin, zu testen, ob die Pflanzen ebenfalls resistent gegen Belastungen durch Salz sind.

"Trockenheit geht in den meisten Fällen mit einem erhöhten Salzgehalt einher", erklärt er. "Es ist die Kombination aus Trockenheit und Salz, die das vordringlichste Problem darstellt."

(1) Rivero, R.M. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 104, 19631-19636 (2007)

Dieser Artikel wurde erstmals am 26.11.2007 bei news@nature.com veröffentlicht. doi: 10.1038/news.2007.289. Übersetzung: Sonja Hinte. © 2007, Macmillan Publishers Ltd

Heidi Ledford