Ein Schritt voraus: Wie Pflanzen gefährliche Mutationen vermeiden

Die Entdeckung, dass Pflanzen ihre wichtigsten Gene schützen, verändert unser Verständnis von Evolution

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Unerwartete Vorteile durch Nahrungskonkurrenten

Tabakschwärmer zeigen bei der Eiablage eine ungewöhnliche Vorliebe für Pflanzen des Stechapfels, die bereits von Blattkäfern befallen sind. Die Käfer und ihre Larven konkurrieren eigentlich mit den Tabakschwärmerraupen um die Nahrung. Von Käfern befallene Pflanzen geben einen anderen Duft ab, der die Substanz Alpha-Copaen enthält, und sie für Tabakschwärmer attraktiver macht. Trotz der Nahrungskonkurrenz scheinen die Raupen von der Wahl solcher Wirtspflanzen zu profitieren, denn sie sind besser vor parasitischen Wespen geschützt, die nach Käferbefall duftende Pflanzen meiden.

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IPK: Der Weg zur Erhöhung des Ertragspotenzials hängt vom Ähren-Typ der Gerste ab

Um die Erträge von Getreide zu sichern und zu erhöhen, ist es wichtig, das Ertragspotenzial der jeweiligen Pflanzen zu kennen. Wissenschaftler des IPK Leibniz-Institutes haben herausgefunden, dass das maximale Ertragspotenzial von Gerstenlinien abhängig vom Genotyp und von den Wachsstumsbedingungen in unterschiedlichen Entwicklungsstadien angelegt wird. Darüber hinaus zeigen ihre Ergebnisse, die jetzt im Magazin „Journal of Experimental Botany“ veröffentlich worden sind, dass bei zwei- und sechszeiliger Gerste jeweils unterschiedliche Ährenmerkmale wichtig sind, um das Ertragspotenzial ausschöpfen zu können.

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Überraschung bei der Genomanalyse: Team unter Leitung der Universität Göttingen entschlüsselt alte Algenlinie

Alle Landpflanzen sind aus einem einzigen evolutionären Ereignis hervorgegangen: Süßwasseralgen fassten an Land Fuß und brachten eine erstaunliche Artenvielfalt von Pflanzen auf der Erde hervor. Die Gruppe von Algen, aus der später die Landpflanzen hervorgingen, lebte und entwickelte sich jedoch bereits seit über einer Milliarde Jahren sowohl in Süßwasser- als auch in Landlebensräumen. Eine winzige Gruppe der heutzutage noch existierenden Algenvertreter, welche das am weitesten entfernte Verwandtschaftsverhältnis zu Landpflanzen aufweisen, wurde nun genauer unter die Lupe genommen.

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Hochrekombinogene Pflanzen für die Züchtung identifizieren

Pflanzenforschung: Publikation im Plant Biotechnology Journal

23.11.2021 – Kombinationen aller Genvarianten zu erzeugen, um so zwischen Pflanzen mit vielen unterschiedlichen Eigenschaften die geeignetsten auswählen zu können. Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Benjamin Stich von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) hat nun eine Methode entwickelt, um mittels natürlicher Variationen sogenannte hochrekombinogene Individuen zu identifizieren. Ihre bei einem großangelegten Gerstenexperiment erprobte Methode stellen sie in der Fachzeitschrift Plant Biotechnology Journal vor.

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Wasserpflanze offenbart evolutionäre Überraschungen: Team mit Beteiligung der Universität Göttingen sequenziert Erbgut

Brachsenkräuter sind Wasserpflanzen, die zu einem uralten Stamm von sogenannten Gefäßpflanzen gehört. Diese Pflanzen besitzen Gewebe zum Transport von Wasser, Pflanzensaft und Nährstoffen. Dieser Stamm hat sich vor mehr als 400 Millionen Jahren von anderen Gefäßpflanzen evolutionär abgespalten. Ein internationales Forschungsteam, an dem auch die Universität Göttingen beteiligt ist, hat nun das gesamte Genom dieser Pflanze sequenziert und dabei die Geheimnisse ihrer einzigartigen Art der Photosynthese gelüftet. Zudem hat es die unterschiedliche Regulierung und Evolutionsgeschichte der Photosynthese von Wasser- und Landpflanzen beleuchtet.

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Ein natürlicher CO2-Speicher dank symbiotischer Bakterien

Seegraswiesen bieten einen vielseitigen Lebensraum an vielen Küsten. Zudem speichern sie große Mengen Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre im Ökosystem. Um zu wachsen, brauchen die Seegräser Nährstoffe, vor allem Stickstoff. Bisher glaubte man, dass die Pflanzen den Stickstoff vorwiegend aus dem Wasser und Sediment aufnehme – die allerdings extrem nährstoffarm sind. Nun zeigt eine in Nature veröffentlichte Studie von Forschenden des Bremer Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie, dass Seegras im Mittelmeer in seinen Wurzeln eine Symbiose mit einem Bakterium unterhält, welches den für das Wachstum notwendigen Stickstoff liefert. Das war bisher nur von Landpflanzen bekannt.

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Klimawandel beeinflusst Vererbung in Pflanzen

Der Klimawandel wird auch Einfluss auf die Vererbung von Pflanzen haben. Ein Team unter Leitung des Fachbereichs Biologie der Universität Hamburg hat nun in Studien untersucht, wie die Meiose in Pflanzenzellen der Art ‚Arabidopsis thaliana‘ unter erhöhten Temperaturen abläuft. Die Folge ist, dass sich der Zeitablauf der Meiose verändert und Rekombinationsdefekte auftreten.

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IPK-Forscher entdecken hormonelles Regulationsmodul zur Verlängerung von Wurzeln

Die landwirtschaftliche Pflanzenproduktion muss künftig mit weniger Stickstoffdüngung auskommen. Ziel muss deshalb sein, die Stickstoff-Nutzungseffizienz zu erhöhen, damit das Ertragsniveau stabil gehalten werden kann. Auf leichten Stickstoffmangel reagieren Pflanzen mit einer Verlängerung ihrer Seitenwurzeln. So kann mehr Stickstoff als zuvor aufgenommen werden. Forscher des IPK Leibniz-Institut haben jetzt ein hormonelles Regulationsmodul entdeckt, das die molekularen Prozesse dieser Anpassungsreaktion vermittelt. Eine zentrale Rolle darin spielen Brassinosteroide und Auxine. Die Ergebnisse wurden im Magazin „Nature Communications“ veröffentlicht.

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Bernstein erhalten und erforschen – nicht nur für Jurassic Park

Bernsteine sind wertvolle Forschungsobjekte, da sie Einschlüsse von Pflanzen und Tieren über Jahrmillionen erhalten und daraus Rückschlüsse auf die Ökosysteme vergangener Zeiten möglich machen. Forschende vom Museum für Naturkunde Berlin und dem American Museum of Natural History New York haben in Kooperation mit fünf weiteren Forschungsinstituten aus Deutschland, Frankreich und Österreich im Wissenschaftsjournal Earth-Science Reviews neue Handlungsempfehlungen veröffentlicht, wie empfindliche Bernsteinsammlungen als globales und wissenschaftliches Erbe für die Nachwelt erhalten und die eingeschlossenen Fossilien dokumentiert werden können.

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Ähnliche Strukturen, entgegengesetzte Funktionen: Neue Erkenntnisse zu bakteriellen Photorezeptoren

Das Sonnenlicht beeinflusst viele biochemische Abläufe in Pflanzen, Tieren, Pilzen und Bakterien. In zahlreichen Organismen nehmen die Phytochrome, eine spezielle Klasse von Photorezeptoren, rotes oder fernrotes Licht auf und verwandeln es in Signale, die entsprechende physiologische Reaktionen auslösen. In „Nature Communications“ berichtet ein internationales Team mit Wissenschaftler*innen aus Bayreuth über eine überraschende Entdeckung: Zwei bakterielle Phytochrome funktionieren trotz ähnlichen Aufbaus auf entgegengesetzte Weise. Für die Erforschung lichtgesteuerter Prozesse in der Natur und biotechnologischer Anwendungen bieten diese Erkenntnisse neue Anknüpfungspunkte.

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Wie Eichen, Buchen und Co. sich im Klimawandel behaupten können

Pflanzen sind lebenswichtig und doch zunehmend von Trockenheit, Nährstoffmangel und anderen Stressfaktoren bedroht. Mit ihrer Forschung legt Professorin Tina Romeis vom Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie in Halle die Grundlagen für eine gezielte Verbesserung pflanzlicher Widerstandskräfte. In der GDNÄ vertritt die Wissenschaftlerin das Fach Biologie.

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500 Millionen Messwerte zu Folgen des Klimawandels: wie arktisch-alpine Pflanzen auf die Globale Erwärmung reagieren

Es ist die bislang umfassendste Studie ihrer Art: Forschende der Universität Bonn und der University of South-Eastern Norway haben untersucht, wie zwei charakteristische arktisch-alpine Pflanzenarten auf die Globale Erwärmung reagieren. Dazu haben sie fast 500 Millionen eigene Messdaten aus der Gebirgsregion Norwegens ausgewertet. Die Analysen zeigen, dass mögliche Konsequenzen des Klimawandels extrem stark von dem individuellen Standort der Pflanzen abhängen und vor allem laubwerfende Arten von einer Erwärmung profitieren werden. Als Folge würde sich der Trend zur Vergrünung der arktisch-alpinen Regionen weiter verstärken. Die Studie erscheint in der Fachzeitschrift Ecosphere.

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Hürdenlauf zum Wasserstoff – Doktorand entdeckt am LIKAT eine neue Art der H2O-Spaltung

Es klingt einfach, und die Natur macht es uns vor: Grüne Pflanzen speichern Sonnenergie, indem sie – mittels Licht und Chloroplasten – Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spalten. Die Forschung reizt es, auf ähnliche Weise zum Wasserstoffgas (H2) zu gelangen, denn „grün“ produziert gilt es als Protagonist einer nachhaltigen Energie- und Grundstoffwirtschaft.
Jacob Schneidewind vom Rostocker Leibniz-Institut für Katalyse hat mit seiner Dissertation einen Weg dorthin gezeigt. Er deckte den Mechanismus einer neuen Art der Wasserspaltung auf, mit der die Photolyse kostengünstig möglich werden kann. Der Bericht darüber erschien im Fachmagazin ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE.

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IPK-Forschungsteam: Proteinkomplex SMC sorgt für die Dynamik von Holozentromeren

Typisch für die Chromosomen der meisten Tiere und Pflanzen sind Monozentromere. Das Zentromer ist für den Transport der Chromosomen notwendig und stellt die Verbindungsstelle zwischen den Chromatiden dar. So entsteht die klassische X-Form des Chromosoms. Bei geschätzt 350.000 Arten, darunter Schmetterlinge, Fadenwürmer und einigen Pflanzen, sind die Zentromere aber über die gesamte Länge des Chromosoms verteilt. Daher werden sie als Holozentromere bezeichnet. Ein Forschungsteam des IPK Leibniz-Institutes hat jetzt mittels Modellierung untersucht, wie sich im Zuge der Zellteilung bei diesen Arten das Zentromer dynamisch verändert.

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Mehr Vielfalt auf unseren Tellern und Feldern

Als Beitrag zur Nahrungsmittelsicherheit und -vielfalt in Subsahara Afrika soll ein dort vorkommendes vitamin- und mineralstoffreiches Blattgemüse in Kultur genommen werden. Derzeit enthalten die Pflanzen allerdings noch hochgiftige Stoffe, die krebserregend und leberschädigend sind, wie ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) zusammen mit Forschenden aus Nigeria gezeigt hat. Ziel der Forschenden ist es jetzt, toxinfreie Sorten zu züchten, um die Pflanze gefahrlos nutzen zu können.

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Bread, Butter & Bioeconomy Lunch Talk – Das Mikrobiom: Schlüssel zur Bioökonomie?

Diesen Lunchtalk widmen wir den kleinsten, aber unendlich wichtigen Akteuren in der Bioökonomie: den Mikroorganismen. Gemeinsam bilden sie Mikrobiome, die entscheidend für die Gesundheit von Pflanzen, Tieren und von ganzen Ökosystemen sind. Prof. Dr. Gabriele Berg (ATB und TU Graz) und Dr. Ralf Tilcher (KWS SAAT SE & Co. KGaA) setzen den Fokus auf gezieltes Mikrobiom-Management bereits am Samen – denn davon profitiert die Zuckerrübe und letztendlich die planetare Gesundheit.

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Große Artenvielfalt sorgt im Grünland für effiziente Phosphornutzung

Geoökologin der Universität Tübingen untersucht wechselseitige Einflüsse von Pflanzen und Bodenmikroorganismen

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Genomstudien: Mehr ist nicht immer besser

Die Eigenschaften von Pflanzen derselben Art können je nach Herkunft unterschiedliche genetisch Ursachen haben. Das zeigt eine aktuelle Studie der Universität Würzburg.

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Fernbedienung für Pflanzen

Der Pflanzenforschung steht ein potentes neues Werkzeug zur Verfügung: Im Journal Science Advances zeigt ein Würzburger Forschungsteam, wie man die Stomata der Blätter durch Lichtpulse schließen kann.

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Eiweißpflanzen gehen online

Europa hat eine neue Wissensplattform für Leguminosen: den European Legume Hub (<www.legumehub.eu/de/>). Die Webseite ist am 1. Juli 2021 online gegangen, als wichtiger Schritt, den Anbau von Eiweißpflanzen wie Sojabohnen, Erbsen und Bohnen zu fördern. Im deutsch-/englischsprachigen Legume Hub bringen praxis- und forschungsbasierte Expertinnen und Experten ihr Wissen zusammen, um die nachhaltige Entwicklung unserer Lebensmittelsysteme zu unterstützen.

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Ab welcher Temperatur das Wetter zum Problem wird

Wenn, wie derzeit in Kanada und im Nordwesten Amerikas, extreme Hitze häufiger wird und die Temperatur über eine längere Dauer auf hohem Niveau bleibt, steigt der physiologische Stress bei Menschen, Tieren und Pflanzen. Prof. Senthold Asseng, Direktor des Hans Eisenmann-Forums für Agrarwissenschaften an der Technischen Universität München (TUM), gibt einen Überblick über die Schwellenwerte und Anpassungsstrategien.

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Der Macht des Mikrobioms auf der Spur

Nicht nur Tiere und Menschen, sondern auch Pflanzen beherbergen eine komplexe Gemeinschaft von Mikroorganismen. Nun beleuchten Forschende an der ETH Zürich in zwei neuen Studien grundlegende Aspekte dieser engen – und bisher oft übersehenen – Beziehungen.

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Pflanzenschutzmittel von innen: Wie Pflanzen ihre lichtsammelnden Membranen gegen Umweltstress stärken

Eine internationale Studie unter Leitung des Helmholtz Zentrums München hat die Struktur eines Proteins aufgeklärt, das photosynthetische Membranen aufbaut und aufrechterhält. Diese Erkenntnisse legen den Grundstein für biotechnologische Anstrengungen um Pflanzen gegen Umweltstress zu stärken und so die menschliche Nahrungsversorgung zu sichern und den Klimawandel zu bekämpfen.

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Exklusive Mitflugzentrale: Zugvögel helfen nur bestimmten Pflanzenarten in den Norden abzuwan

Mit Hilfe von Zugvögeln in den Norden umziehen, wenn es im Süden durch den Klimawandel zu warm wird – eigentlich eine tolle Idee für wenig mobile Pflanzen. Eine neue Studie im Fachjournal „Nature“ zeigt nun, dass das entgegen bisheriger Annahmen aber lediglich bei wenigen Pflanzenarten funktionieren dürfte. Demnach reisen nur die Samen der Pflanzenarten als blinder Passagier bei Zugvögeln nordwärts mit, deren Fruchtperiode sich mit dem Frühjahrszug überschneidet. Zudem liegt die Last der potenziellen Ausbreitung der Pflanzen in kühlere Gefilde auf den Federn einiger weniger paläoarktischer Vogelarten.

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft