Chinesische Forscher haben ein Gen entdeckt, das es Pflanzen ermöglicht, in salzhaltigem Boden zu gedeihen, und haben diese Erkenntnis genutzt, um modifizierte Sorghum- und Reispflanzen zu schaffen, die den Ertrag um mindestens 20 % steigern und mehr Nährstoffe produzieren. Laut den Forschern könnten diese Erkenntnisse dazu beitragen, den globalen Versalzungstrend zu bekämpfen, der durch den Klimawandel, den übermäßigen Einsatz von Düngemitteln und die zunehmende Süßwasserknappheit verursacht wird.
Die Studie unter der Leitung von Professor Xie Qi vom Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Professor Yu Feifei von der Agricultural University of China und Professor Ouyang Yidan von der Huazhong Agricultural University wurde in der Zeitschrift Science on veröffentlicht Freitag.
Die meisten Studien wurden auf salzhaltigen Böden durchgeführt, die auch alkalisch sein können. Yu beschrieb die neue Arbeit als „das Füllen der Lücke“, da salziger Boden Natriumchlorid und Natriumsulfat enthält und alkalische Böden beide sehr unterschiedliche Eigenschaften haben, da Natriumkarbonat und Natriumbikarbonat dominieren.
Trotz Salztoleranz wurde die Alkalitätstoleranz in Pflanzen nicht umfassend untersucht.
Der anfängliche Fokus der Studie lag auf der in Zentralafrika beheimateten Sorghum-Pflanze, die entwickelt wurde, um gegenüber natriumreichen Böden toleranter zu sein.
Genomweite Assoziationsstudien (GWAS), eine mühsame statistische Technik, die das gesamte Genom einzelner Pflanzen analysiert, um nach Verbindungen zwischen Millionen genetischer Varianten und spezifischen Merkmalen zu suchen, wurden verwendet, um die Arbeit des Teams in Gang zu bringen.
Nach der Untersuchung von mehr als 352 repräsentativen Sorghum-Akzessionen entdeckte das Team einen Genort namens Alkaline Tolerance 1 (AT1), der mit wünschenswerten Merkmalen verbunden war.
Eine hohe Alkalinität führt dazu, dass Pflanzen stressbedingtes Verhalten zeigen, bei dem sich schädliche Verbindungen ansammeln, oxidieren und schließlich Zellen töten.
Aber das AT1-Gen codiert ein einzigartiges G-Protein, das Pflanzenzellen daran hindern kann, schädliche Verbindungen abzusondern.
„Auf der Grundlage der GWAS-Daten untersuchen wir weiter den molekularen Mechanismus hinter der Toleranz. Laut Yu muss die chemische Reaktion in den Produkten unterschiedlich sein, da Salzerde und Natriumerde unterschiedliche Muster in den Produkten verursachen.
„Indem wir AT1 deaktiviert oder durch eine andere nicht funktionsfähige Komponente ersetzt haben, haben wir die Schutzreaktion der Pflanze auf Stress durch alkalische Bedingungen stimuliert. Mit dieser Methode wurden der Sorghumertrag und die Überlebensraten in Natriumböden verbessert.
Basierend auf diesen Informationen modifizierte das Team AT1-Verwandte in anderen Feldfrüchten wie Reis, Mais und Hirse.
Die Methode steigerte den Kornertrag von Sorghum und Hirse in Feldversuchen auf sehr alkalischen Böden in Pingluo in der Region Ningxia im Nordwesten Chinas um 20 %. In einer Studie auf Böden wie diesem in Daan, Jilin, stieg der jährliche Reisertrag um 20 bis 30 %.
Laut Yu haben Pflanzen, die in salz-alkalischen Böden angebaut werden, einen längeren Wachstumszyklus und erhalten mehr Nährstoffe, was ihren Geschmack verbessert.
Der Aufwand für diese Recherche ist enorm; Einige der Studien zur Stresstoleranz von Sorghum wurden bereits 2014 vom Team um Professor Xie initiiert. Die meisten unserer jüngsten Bemühungen erforderten eine Datenvalidierung für Sorghum, Reis, Hirse und Mais. In Zukunft können wir dieses Prinzip auch auf andere Pflanzen wie Bohnen und Kartoffeln übertragen.
Das Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie berichtete am Freitag, dass weltweit 618 Millionen Hektar durch Versalzung geschädigt wurden.
Dem Bericht zufolge könnte, wenn diese Technik in salzarmen Böden eingesetzt wird, die 20 % ausmachen, bis 2022 die Hälfte des US-Getreideangebots jährlich produziert werden.
Quelle: scmp.com/news/china/science
📩 26/03/2023 11:48