Israelischen Forschern ist es gelungen, mithilfe der Gentechnik Tomaten zu züchten, die während des Wachstums weniger Wasser verbrauchen, ohne dass der Ertrag darunter leidet.
Diese Innovation ist vielversprechend für eine nachhaltige Landwirtschaft und den dringenden Bedarf an Pflanzen, die angesichts der globalen Erwärmung gedeihen können.
Die Forscher unter der Leitung von Professor Shaul Yalovsky und Dr. Nir Sade von der Universität Tel Aviv konzentrierten sich auf den Zusammenhang zwischen der „Wassertranspiration“ und der Aufnahme von Kohlendioxid durch Pflanzen. Wassertranspiration ist der Prozess, bei dem Wasser vom Stamm, den Blättern oder den Blüten einer Pflanze verdunstet.
Ein Großteil dieser Verdunstung findet über spezielle Blattöffnungen, die Stomata, statt. Bei Trockenheit schließen die Pflanzen ihre Spaltöffnungen, um den Wasserverlust zu verringern. Dadurch verringert sich aber auch die Fähigkeit der Pflanze, Kohlendioxid aufzunehmen, das für die Photosynthese und die Zuckerproduktion wichtig ist.
Um dieses Problem zu lösen, schalteten die Forscher mithilfe der CRISPR-Technologie ein Gen namens ROP9 aus. Durch das Ausschalten von ROP9 konnten die Forscher eine teilweise Schließung der Spaltöffnungen herbeiführen – vor allem mittags, wenn die Pflanzen am meisten transpirieren. Morgens und nachmittags, wenn die Transpirationsrate geringer ist, bleiben die Spaltöffnungen jedoch geöffnet, sodass die Pflanzen ausreichend Kohlendioxid aufnehmen und die Zuckerproduktion aufrechterhalten können.
Mit diesem Wissen führten die Forscher ein umfangreiches Feldexperiment mit Hunderten von Pflanzen durch, um die Auswirkungen des veränderten ROP9 auf die Pflanzen zu untersuchen.
Die Ergebnisse zeigten, dass die mit ROP9 veränderten Pflanzen zwar weniger Wasser durch Transpiration verloren, aber keine negativen Auswirkungen auf die Photosynthese, die Erntemenge oder die Qualität, einschließlich des Zuckergehalts der Früchte, hatten.
Die Studie führte auch zur Entdeckung eines unerwarteten Mechanismus, der das Öffnen und Schließen der Spaltöffnungen reguliert. Die Ergebnisse hängen mit dem Gehalt an oxidierenden Substanzen, den sogenannten reaktiven Sauerstoffspezies, in den Spaltöffnungen zusammen. Nach Ansicht der Forscher hat diese Entdeckung praktische Auswirkungen auf die Entwicklung von Pflanzen.
„Es gibt eine große Ähnlichkeit zwischen ROP9 in Tomaten und ROP-Proteinen, die in anderen Nutzpflanzen wie Paprika, Auberginen und Weizen vorkommen. Daher könnten die in unserem Artikel beschriebenen Entdeckungen die Grundlage für die Entwicklung weiterer Nutzpflanzen mit verbesserter Wassernutzungseffizienz und für ein tieferes Verständnis der Mechanismen hinter dem Öffnen und Schließen der Stomata bilden“, so Sade.
Die Ergebnisse wurden kürzlich in PNAS-Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States veröffentlicht.
Da die weltweite Nachfrage nach wassersparenden Pflanzen steigt, könnten diese Ergebnisse den Weg für ähnliche Innovationen bei anderen wichtigen Nahrungspflanzen ebnen und Hoffnung auf eine widerstandsfähigere und ressourceneffizientere Zukunft der Landwirtschaft geben, so die Forscher.
Siehe auch: Vom Agrarland zur High-Tech-Nation
