Ein dichteres Wurzelnetz gegen Trockenheit

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Arabidopsis bildet normalerweise eher langgezogene, tiefreichende Wurzeln. Tübinger Forscher wissen nun, wie mehr Seitenwurzeln entstehen. Quelle: biotechnologie.de

29.01.2010  - 

Auch wenn sie meist nicht zu sehen sind: Auf Wurzeln können Pflanzen nicht verzichten. Über diese Leitungen werden Wasser und Nährstoffe aus dem Boden aufgenommen. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen haben nun herausgefunden, welche Elemente im Erbgut das Wachstum des Wurzelnetzwerks bestimmen. Bei der Modellpflanze Arabidopsis thaliana führt das Pflanzenhormon Auxin demnach zu mehr Wachstum, während zwei Eiweiße für stärkere Verzweigung sorgen. Diese Ergebnisse könnten genutzt werden, um Pflanzen zu züchten, die trotz Nährstoff- und Wasserarmut schnell wachsen und hohe Erträge liefern, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift PNAS (25. Januar 2010, Online-Vorabveröffentlichung).

Bereits vor etwa zweihundert Jahren prophezeite der britische Ökonom Thomas Robert Malthus, dass eine kontinuierlich wachsende Weltbevölkerung früher oder später mit Hungersnöten, Krankheiten und einer erhöhten Todesrate konfrontiert werden wird. Auch heute noch hat die malthusianische Sicht der Dinge nicht ausgedient. Denn eine ständig wachsende Weltbevölkerung, kombiniert mit zunehmender Erosion des Bodens und einer prognostizierten Veränderung des Weltklimas, sorgen dafür, dass die Versorgung aller Menschen mit Lebensmitteln eine Herausforderung bleibt.

Was hier wie ein Weihnachtsbaum in Aspik aussieht, sind die vermehrten Seitenwurzeln einer Ackerschmalwandpflanze, die mit dem Pflanzenhormon Auxin behandelt wurde.Quelle: Ive de Smet / Max-Planck-Institut Tübingen

Ohne Wurzeln können Pflanzen keine Nährstoffe aufnehmen

Neben einer besseren Verteilung der Nahrung ist auch eine Ertragssteigerung auf den vorhandenen Flächen notwendig. Einige sprechen von einer neuen "grünen Revolution": Gefragt sind Pflanzen, die etwa mit längeren Trockenzeiten zurechtkommen. Vor kurzem haben Wissenschaftler um Rainer Hedrich an der Universität Würzburg im Detail erforscht, wie Pflanzen ihren Wasserhaushalt über die Porenöffnungen in de Blättern kontrollieren (mehr...). Die Blätter sind aber nur die sichtbarsten Schnittstellen, mit der die Pflanze Stoffe mit ihrer Umwelt austauscht. Doch sind es die Wurzeln, mit denen die Pflanze einen Großteil ihres Bedarfs an Wasser und Nährstoffen deckt. Der das Leben oberhalb des Erdbodens überhaupt erst ermöglichende Pflanzenteil, das Wurzelsystem, besteht aus einer Hauptwurzel, von der viele Seitenwurzeln "abzweigen". Ohne Wurzeln könnten die meisten Pflanzen weder Stoffe aus dem Boden aufnehmen noch sich im Boden verankern, oder mit bestimmten symbiotischen Organismen interagieren.

Aufbauend auf früheren Beobachtungen beschrieben Wissenschaftler aus der Abteilung von Gerd Jürgens am Tübinger Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie zusammen mit Kollegen aus Belgien nun, dass die Kombination aus einer erhöhten Zellzyklusaktivität und dem Pflanzenhormon Auxin einen deutlichen Effekt auf die Wurzeln der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana hat: Die Pflanze bildet mehr Seitenwurzeln aus. Desweiteren konnten die Forscher nachweisen, dass zwei Eiweiße, welche ausschlaggebend für die Embryoentwicklung sind, ebenfalls eine Rolle bei der "Verzweigung" der Wurzeln spielen. Zum ersten Mal konnte so gezeigt werden, dass die Reaktion auf das Pflanzenhormon Auxin in einzelnen, aufeinanderfolgenden Schritten stattfindet.

"Dieses Wissen über ein verbessertes und verstärktes Wurzelsystem ist ein wichtiger Schritt, um die Ernährung der Weltbevölkerung zu sichern. Es hilft die Ernte zu steigern und stärkt die Rolle der Pflanze als Energielieferant", sagt Ive De Smet, der Erstautor der Studie. "Da Wasser, Stickstoff und Phosphor oft nur begrenzt vorhanden sind, ermöglicht ein Wurzelsystem, das Nährstoffe effektiver aufnehmen und speichern kann, einen reduzierten Düngemitteleinsatz auf minderwertigen Böden", fügt der Biologe hinzu. Und trockene und nährstoffarme Böden werden in Zukunft eher die Regel als die Ausnahme sein.