Die wachsende Weltbevölkerung wird den Planeten zunehmend belasten, insbesondere in Bezug auf die Nahrungsmittelproduktion. Hinzu kommen schwankende und extreme Wetterverhältnisse, die durch den Klimawandel verursacht werden. Wenn es weitergeht wie bisher, droht eine Katastrophe. Ein Institut in Kalifornien hat jedoch eine Methode entwickelt, die Pflanzen resistenter gegen die Auswirkungen des Klimawandels macht und möglicherweise zugleich dazu beitragen könnte, diesen zu bekämpfen.
Laut einer neu veröffentlichten Studie in der Wissenschaftszeitschrift Cell haben Forschende am Salk Institute in San Diego einen Durchbruch bei der Erforschung von Wurzelsystemen in der Pflanzenwelt erzielt. Zwar war bereits bekannt, was Wurzeln tun – sie suchen und sammeln Nährstoffe aus dem Boden. Allerdings wusste man bisher nicht viel darüber, wie deren Wachstum gesteuert wird. Das Team der Forschenden ging insbesondere davon aus, dass Pflanzen widerstandsfähiger gegen den Klimawandel würden und möglicherweise mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen könnten, wenn man das Wachstum der Wurzeln verändern könnte.
Das Team vom Salk Institute konnte die Gene identifizieren, die für das Wurzelwachstum bei der Pflanze Arabidopsis thaliana (deutsch: Ackerschmalwand), verantwortlich sind, insbesondere bei dem Gen EXOCYST70A3. Sie stellten fest, dass dieses Gen die Architektur des Wurzelsystems steuert, indem es den Fluss von Auxin kontrolliert, einem Hormon, das zuvor mit dem Pflanzenwachstum verbunden wurde. Hierzu beeinflusst EXOCYST70A3 die Verteilung von PIN4, einem Protein, das den Auxinfluss innerhalb der Pflanzen steuert. Bei der Veränderung des EXOCYST70A3-Gens entdeckten die Forschenden, dass sie die Form und Tiefe des Wurzelwachstums verändern konnten. Das Bild unten zeigt das ursprüngliche unveränderte Wurzelsystem auf der linken Seite und das gentechnisch veränderte Wurzelsystem auf der rechten Seite.
Takehiko Ogura, Postdoktorand am Plant Molecular and Cellular Biology Laboratory in Salk und Co-Autor der Studie, erklärte:
„Biologische Systeme sind unglaublich komplex, so dass es schwierig sein kann, die molekularen Mechanismen der Pflanzen mit einer Umweltreaktion zu verbinden. Durch die Verknüpfung, wie dieses Gen das Verhalten der Wurzeln beeinflusst, haben wir einen wichtigen Schritt unternommen, um zu zeigen, wie sich die Pflanzen über den Auxinfluss an veränderte Umweltbedingungen anpassen.“
Die Studie könnte auch Auswirkungen auf den Umgang mit dem Klimawandel und die Ernährungssicherheit haben. Insbesondere tiefere Wurzeln können mehr Kohlenstoff speichern, was die Fähigkeit der Pflanzen erhöht, Kohlendioxid aufzunehmen und so den Treibhauseffekt des Klimawandels zu begrenzen. Darüber hinaus können stärkere, längere und robustere Wurzeln den Pflanzen auch helfen, mit den Auswirkungen extremer und ungünstiger Wetterbedingungen umzugehen. Wolfgang Busch, außerordentlicher Professor und Senior-Autor des Papiers, erklärte:
„Wir hoffen, diese Erkenntnisse über den Auxinfluss nutzen zu können, um weitere Komponenten aufzudecken, die mit diesen Genen und deren Einfluss auf die Architektur des Wurzelsystems zusammenhängen. Dies wird uns helfen, bessere, anpassungsfähigere Nutzpflanzen wie Soja und Mais zu entwickeln, die die Landwirte anbauen können, um mehr Nahrungsmittel für eine wachsende Weltbevölkerung zu produzieren.“
Nach Schätzungen der Vereinten Nationen wird die Weltbevölkerung bis 2050 auf fast zehn Milliarden Menschen ansteigen, was neue Herausforderungen für die Nahrungsmittelproduktion mit sich bringt. Auch wenn Forschungen wie die des Salk Institute ein wirksames Instrument zur Erhaltung der Ernährungssicherheit darstellen könnten, müssen letztendlich auch die Konsument*innen ändern, wie und was sie essen, wenn eine gerechtere und nachhaltigere Zukunft angestrebt werden soll.
Für das Salk Institute jedenfalls wird die Forschung weitergehen: Es hat 35 Millionen US-Dollar von The Audacious Project erhalten, einer internationalen Plattform, die Entrepreneure und Forschende zusammenbringt, die an Lösungen für die ökologischen und sozialen Probleme der Welt arbeiten.
Dieser Artikel ist eine Übersetzung von Lydia Skrabania. Das Original erschien zuerst auf unserer englischsprachigen Website.