31. August 2020

Wie können sich Kartoffelpflanzen an Hitze und Dürre anpassen? Wie können sich Kartoffelpflanzen an Hitze und Dürre anpassen?

Pflanzenbiologin Prof. Dr. Ute Vothknecht von der Universität Bonn ist Partnerin im neuen EU-Projekt „ADAPT“ zur Untersuchung der Anpassungsmechanismen von Kartoffelpflanzen an Hitze und Dürre.

Nahaufnahme von Kartoffelkeimlingen im Anzuchtgefäß:
Nahaufnahme von Kartoffelkeimlingen im Anzuchtgefäß: - Das Projekt ADAPT soll die Signalwege entschlüsseln, mit denen die Pflanzen Stressreaktionen vermitteln. © IZMB

Die Kartoffel ist eine der wichtigsten Nahrungsmittelpflanzen weltweit und außerdem auch als Futtermittel und Industrierohstoff von enormer wirtschaftlicher Bedeutung. Eine Hauptbedrohung für die Sicherung der Knollenerträge ist jedoch ihre besondere Empfindlichkeit gegenüber Umweltstressbedingungen. Vor allem die in letzter Zeit als Folge des Klimawandels vermehrt auftretenden Hitze- und Dürreperioden sorgen für enorme Ertragseinbußen. Darauf folgen oft Überschwemmungen der Anbaufläche als Folge von Starkregen, unter denen besonders die Kartoffelknollen in der überschwemmten Erde leiden. Zwar ist aus Studien an pflanzlichen Modellsystemen wie der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) einiges an Wissen darüber vorhanden, wie sich Pflanzen auf molekularer Ebene an solche Stressbedingungen anpassen. Ähnliche Kenntnisse bei der Kartoffel fehlen aber weitestgehend. Im ADAPT-Projekt sollen daher die Mechanismen untersucht werden, die der Widerstandskraft der Kartoffel zugrunde liegen.

Die Kartoffel stammt aus aus den klimatisch kühlen Hochlandregionen Südamerikas und ist daher besonders hitzeempfindlich. Da die Knollen im Boden wachsen, sind sie zudem extrem empfindlich gegenüber Überflutungsstress, was ihre Anfälligkeit für Krankheiten erhöht. Das ADAPT-Konsortium wird die molekularen und phänotypischen Reaktionen auf verschiedene Stressbedingungen bestimmen, die für den Kartoffelertrag unter den schwierigen Wachstumsbedingungen aufgrund des Klimawandels immer wichtiger werden. Zusammen mit den Züchtern sollen Merkmale und Gene identifiziert werden, die die Stressresistenz dieser sehr wichtigen Nahrungspflanze verbessern können.

Im Rahmen des ADAPT-Projekts wird die Gruppe Zellbiologie der Pflanzen von Prof. Dr. Ute C. Vothknecht am Institut für Zelluläre & Molekulare Botanik (IZMB) der Universität Bonn die Entwicklung und den Einsatz von genetisch-kodierten Sensoren und Genreportern an der lebenden Pflanze leiten. Eine erfolgreiche Stressanpassung erfordert eine metabolische und morphologische Neuprogrammierung - ausgelöst durch verschiedene Signalwege, die durch Kalzium-Signale, reaktive Sauerstoffspezies und Hormone vermittelt werden. Verschiedene Signalwege interagieren auf mehreren regulatorischen Ebenen und lösen dadurch Reaktionen auf Umweltveränderungen aus.

„Um eine überlegene Leistung einer Variante beziehungsweise eines Ökotyps beobachten und vorhersagen zu können, müssen wir diese frühen Signalereignisse verstehen und in der Lage sein, ihren Ausgang unter verschiedenen Bedingungen vorherzusagen“, sagt Vothknecht. „Außerdem können leicht messbare Signalmoleküle als Marker verwendet werden, um den frühen Beginn einer Stressreaktion zu definieren, bevor sie sichtbar wird und es für Gegenmaßnahmen zu spät ist.“

Das Konsortium aus 17 führenden europäischen Forschungseinrichtungen, Kartoffelzüchtern, einem gemeinnützigen EU-Verband, einer Regierungsbehörde und einem Technologie-Entwickler wird von der Fakultät für Biowissenschaften der Universität Wien koordiniert. Ziel des ADAPT-Projekts „Accelerated Development of multiple-stress tolerAnt PoTato“ ist es, neue Ansatzpunkte für eine gezielte Züchtung stresstoleranter Kartoffelsorten zu finden und sie an die herausfordernden ökologischen Wachstumsbedingungen der Zukunft anzupassen. Das Projekt wird über die nächsten vier Jahre mit einem Gesamtbudget von fünf Millionen Euro aus dem EU-Programm „Horizont 2020“ (Nr. GA 2020 862-858) durchgeführt.

Informationen zu ADAPT: https://adapt.univie.ac.at

Pressemitteilung der Universität Wien: https://medienportal.univie.ac.at/presse/aktuelle-pressemeldungen/detailansicht/artikel/auf-der-suche-nach-der-stressresistenten-kartoffel/

Kontakt:

Prof. Dr. Ute C. Vothknecht:
Zellbiologie der Pflanzen - IZMB
Universität Bonn
Tel. +49-(0)228-735999
E-Mail: vothknecht@uni-bonn.de
https://www.izmb.uni-bonn.de/de/plant-cell-biology/home

Prof. Dr. Ute Vothknecht mit einem Anzuchtgefäß:
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