Pflanzengene unter Stress
Extreme Umweltbedingungen bedeuten Stress für alle Lebewesen. Pflanzen sind sesshaft und müssen Umweltstress besonders gut widerstehen können. Das Genom von Pflanzen reagiert auf Stress mit Veränderungen, die auch vererbt werden können. Dieses GEN-AU Projekt erforscht, wie solche genetische Veränderungen für Züchtungsmaßnahmen genützt werden könnten.
Vererbtes Stressmanagement. Durch das Einwirken von äußeren Stressfaktoren sind Organismen zu entsprechenden Anpassungsreaktionen gezwungen. Auch Pflanzen, die zu den wichtigsten Nahrungsquellen des Menschen zählen, sind sogenannten abiotischen Stressbedingungen wie beispielsweise Hitze, Trockenheit oder UV-Einstrahlung unterworfen. Da sie aufgrund ihrer Standortgebundenheit diesen klimatischen Gegebenheiten nicht ausweichen können, müssen sie unterschiedlichste Strategien entwickeln, um auf die veränderten Bedingungen zu reagieren.
Dazu zählen kurzfristige Ausgleichsreaktionen und Abwehrmechanismen, aber auch langfristige, permanente Anpassungen, die sich in Form von genetischen Veränderungen verankern können. Solche Veränderungen sind an künftige Pflanzengeneration vererbbar und können diese quasi von Vorneherein mit den erworbenen Fähigkeiten ausstatten. Auf diese Weise könnten Pflanzen in gewisser Weise gezielt die Kapazität zur Stressbewältigung an ihre Folgegenerationen weitergeben.
Natürliche und gezüchtete Anpassung. Das Projekt untersucht am Modell der Pflanze Arabidopsis thaliana die Langzeiteffekte von akutem und chronischem abiotischen Stress auf vererbbare pflanzliche Eigenschaften und Merkmale.
Die aus der Studie gewonnenen Ergebnisse sind speziell in den heutigen Zeiten des globalen Klimawandels von immensem Interesse, um Auswirkungen von veränderlichen Umweltbedingungen klarer abschätzen und erworbene Anpassungsmechanismen gezielt für neue Züchtungen nutzen zu können, um diese widerstandsfähiger gegen schädigende Umweltfaktoren zu machen.
Aufgrund menschlicher Einflüsse ist das Leben aller Organismen zur Anpassung an die langfristigen Konsequenzen globaler Klimaveränderungen wie Extremtemperaturen, erhöhte UV Strahlung und Trockenheit gezwungen. Pflanzen sind die wichtigsten und grundlegenden Nahrungsquellen. Sie müssen aufgrund ihrer sesshaften Lebensweise den extremen Stressbedingungen besonders widerstehen können und haben deshalb spezielle Strategien entwickelt, auf Umweltveränderungen zu reagieren. Dazu gehören kurzfristige Abwehr- und Ausgleichsreaktionen, aber auch langfristige Anpassungen der genetischen Substanz. Die letzteren können entweder in der DNA kodiert (genetische Veränderungen) oder durch Faktoren markiert sein, mit denen die DNA verpackt ist (epigenetische Markierungen).
Das Projekt wird die Auswirkungen von verschiedenen Stressbedingungen auf diese vererbbaren Eigenschaften in Pflanzen untersuchen. In einem systematischen Ansatz sieben österreichischer Forschungsgruppen, bestehend aus ExpertInnen für Stressbiologie, Pflanzenentwicklung, genetische Stabilität oder epigenetische Vererbung, werden die genetische und epigenetische Vielfalt einer repräsentativen Pflanzenart unter akutem und chronischem Langzeitstress untersucht. Wir wollen ausserdem herausfinden, ob Umweltveränderungen die Variationsbreite des genetischen Materials in späteren Generationen erhöht. Diese könnte gegebenenfalls für Pflanzenzüchtungsprogramme genutzt werden.
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