Forschungsteam aus Bielefeld untersucht veränderte Genexpression

Pflanzen sind vielen Einflüssen aus ihrer Umwelt ausgesetzt, die auf sie einwirken: Wie warm oder kalt ist es? Wie schattig oder sonnig ist der Standort? Wie trocken oder salzhaltig ist der Boden? „Wenn sich die Bedingungen auf ungünstige Weise verändern, können Pflanzen sich natürlich nicht einfach einen neuen Standort suchen“, sagt die Biotechnologin Dr. Julieta Mateos von der Fakultät für Biologie der Universität Bielefeld. Um mit solchen Herausforderungen umzugehen, können Pflanzen aber die Genexpression verändern, also den Prozess, bei dem Informationen, die in den Genen gespeichert sind, in Proteine umgesetzt werden.

Namibias berühmte Feenkreise sind geheimnisvolle kreisförmige Kahlstellen im trockenen Grasland am Rande der Namib-Wüste. Ihre Entstehung wird seit Jahrzehnten erforscht und in jüngster Zeit viel diskutiert. Mit umfangreicher Feldarbeit haben Forschende der Universität Göttingen und der Ben-Gurion-Universität (Israel) untersucht, wie frisch gekeimte Gräser im Feenkreis absterben. Ihre Ergebnisse zeigen, dass sie durch Wassermangel im Feenkreis verkümmern.

Biologie: Veröffentlichung in Cell Host & Microbe

Tiere und Pflanzen bilden komplexe Lebensgemeinschaften mit Mikroorganismen, das sogenannte Mikrobiom. Ein Forschungsteam der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln hat nun die dreidimensionale Struktur bei Pflanzenwurzeln untersucht. In der Fachzeitschrift Cell Host & Microbe berichten sie von unterschiedlichen räumlichen Zusammensetzungen, die sich auch auf den Stoffwechsel auswirken.

Die Bayreuther Pflanzenökologen Prof. Dr. Steven Higgins und Dr. Timo Conradi plädieren dafür, die kommenden klimatischen Veränderungen aus der Sicht von Pflanzen zu interpretieren, um die Risiken des Klimawandels für Ökosysteme besser abschätzen zu können. Wenn Informationen über die physiologischen Reaktionen von Pflanzenarten auf veränderte Temperaturen, Bodenwassergehalte und atmosphärische CO2-Konzentrationen berücksichtigt werden, sind die Konsequenzen des Klimawandels für Ökosysteme besser vorhersagbar. Dies berichten sie in einem aktuellen Beitrag in der Fachzeitschrift „Nature Ecology & Evolution“.

Auf mehr als 32 Milliarden US-Dollar summierten sich zwischen 1975 und 2020 die bekannten Gesamtkosten invasiver Wasserpflanzen für die Weltwirtschaft. Das hat ein Team unter Leitung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) und des Institute for Global Food Security der irischen Queen’s University Belfast errechnet. Dabei waren die Kosten für invasive Pflanzen in Süßgewässern mit 65 Prozent wesentlich höher als in Brackwasser oder marinen Ökosystemen. Die Forschenden identifizierten auch die Regionen und Sektoren, die am stärksten von den Kosten betroffen waren, und listeten die zehn kostenintensivsten Wasserpflanzen auf.

Botanik: Veröffentlichung im Journal of Cell Biology

Eisen ist ein Mikronährstoff für Pflanzen. Biologinnen und Biologen vom Institut für Botanik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) beschreiben in einer Studie, die nun im Journal of Cell Biology erschien, dass sich regulatorische Proteine für die Eisenaufnahme im Zellkern besonders dynamisch verhalten, wenn die Zellen mit blauem Licht, einem wichtigen Signal für das Pflanzenwachstum, bestrahlt werden. Sie fanden, dass sich die zunächst homogen verteilten Proteine kurze Zeit nach der Bestrahlung eng aneinanderlegten und sich im Zellkern zu „biomolekularen Kondensaten“ vereinten.

Die Kernmatrix, eine Art von Stützgerüst für das Chromatin in eukaryotischen Zellen, ist eine seit Jahrzehnten bekannte Struktur. Wie sie den Chromatin-Status in Pflanzenkernen beeinflusst, war bisher weitgehend unklar. Ein internationales Forschungsteam unter Führung des IPK-Leibniz-Instituts hat nun erstmals die genomweite Verteilung von Regionen untersucht, die in Pflanzen durch die Kernmatrix verankert sind. Außerdem klärten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die besondere Rolle des Proteins AHL22 bei der Steuerung mehrerer Regulatoren auf. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht.

Botanik: Veröffentlichung in Plant Physiology

Damit Pflanzen zur richtigen Jahreszeit blühen, besitzen sie eine innere Uhr, mit der sie die Tageslichtlänge messen können. Biologinnen und Biologen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) beschreiben in einer Studie in der Fachzeitschrift Plant Physiology, dass die Mutation eines bestimmten Gens den Blühzeitpunkt der Gerste nahezu unabhängig von der Tageslänge macht. Diese Mutation kann nützlich für die Züchtung von Sorten sein, die an veränderte Klimabedingungen mit relativ warmen Wintern und heißen, trockenen Sommern angepasst sind.

Schotenfrüchte bewirken ihre eigene Explosion – Team der Universität Tübingen und des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung entdeckt Mechanismus bei Pflanzen, der an einen Muskel erinnert

Wie Pflanzen neugebildete Biomasse auf die einzelnen Organe verteilen, beeinflusst u.a. die Aufnahme von Nährstoffen, die Fortpflanzung und Wechselwirkungen zwischen Pflanzen eines Bestandes. Die genetischen Regulationen, die diese Reaktionen der Pflanzen auf die Umwelt steuern, sind aber bisher weitgehend unbekannt. Ein internationales Forscherteam unter Leitung des IPK Leibniz-Instituts untersuchte daher rekombinante Weizenlinien, die als Einzelpflanzen unter Sonnenlicht und simuliertem Schatten angebaut wurden. Ziel war es, Wechselwirkungen zwischen Genotyp und Umwelt bei der Verteilung der Biomasse auf Blätter, Stängel, Ähren und Körner zu untersuchen.

Pflanzen haben in der Regel einen festen Standort. Sie müssen anpassungsfähig sein, um auch bei herausfordernden Bedingungen zu überleben. Welche Strategien sie nutzen, um auf schnell wechselnde Umweltbedingungen optimal zu reagieren, untersuchen Forschende vom Fachgebiet Pflanzenphysiologie an der RPTU. Dabei haben sie einen neuen Meilenstein erreicht: Doktorandin Annalisa John hat in ihrer Forschungsarbeit anhand der Modellpflanze Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) entschlüsselt, welche zellulären Mechanismen die Pflanze nutzt, um sich an kalte Umgebungstemperaturen und Frost anzupassen. Die Ergebnisse der Studie sind in der renommierten Fachzeitschrift „The Plant Cell“ erschienen.

CeBiTec-Forschende mit Studie im Fachmagazin Molecular Cell

Das Coenzym Q10 ist für den menschlichen Stoffwechsel essenziell. Es ist mit Vitaminen verwandt – muss aber von gesunden Menschen nicht über die Nahrung aufgenommen werden, sondern wird vom Körper selbst produziert. Wie das Coenzym gebildet wird, war bisher nur für Bakterien bekannt. Für andere Zellen, zum Beispiel von Menschen oder Pflanzen, fehlte ein entscheidender Schritt. Wissenschaftlern des Centrums für Biotechnologie (CeBiTec) der Universität Bielefeld ist es gelungen, diese Lücke zu schließen.

Wie Pflanzen die Erde eroberten und sich an neue, herausfordernde Verhältnisse anpassen können, untersucht das MAdLand Projekt unter Beteiligung der Uni Osnabrück.

Stress wie Hitze oder Kälte kann bei Pflanzen etwa in den Chloroplasten, den Orten der Photosynthese, dazu führen, dass reaktiver Sauerstoff bestimmte Proteine oxidiert, das heißt, ihnen Elektronen wegnimmt. In der Folge können sie oft ihre Aufgabe nicht mehr erfüllen. Ein Forscherteam um die Kaiserslauterer Professorin Dr. Stefanie Müller-Schüssele hat nun herausgefunden, dass eine Enzym-Gruppe, die Glutaredoxine, helfen, diesen oxidativen Stress abzubauen. Sind sie nicht vorhanden, können die Chloroplasten den Grundzustand nur langsam wiederherstellen, in dem die Proteine in reduzierter Form vorliegen. Die Studie wurde in der renommierten Fachzeitschrift „Redox Biology“ veröffentlicht.

Phosphor ist für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen unerlässlich. In vielen Böden ist der wichtige Nährstoff jedoch nur schlecht verfügbar. Ein Mechanismus, den Pflanzen nutzen, um die Verfügbarkeit zu erhöhen, ist die Freisetzung von Malat, einer organischen Säure. Sie bildet mit Eisen oder Aluminium Komplexe und setzen damit Phosphat frei. Diese Reaktion kann aber auch zu einer erhöhten Eisenakkumulation führen, die das Wurzelwachstum hemmen kann. Ein Forscherteam unter der Leitung des IPK-Leibniz-Instituts fand heraus, dass das Protein HYP1 dazu beiträgt, die Wurzeln vor einer erhöhten Eisenreaktivität zu schützen, die als Reaktion auf Phosphormangel ausgelöst wird.

Tiere pflanzen sich auf zwei verschiedene Arten fort: entweder legen sie Eier oder gebären lebendige Nachkommen. Ein Forschungsteam vom Institute of Science and Technology Austria (ISTA), der Universität Sheffield und der Universität Göteborg untersuchte nun Meeresschnecken und deren evolutionär gesehen noch jungen Übergang vom Eierlegen zur Lebendgeburt und wirft neues Licht auf die genetischen Veränderungen, die Organismen solche Wechsel ermöglichen. Die Ergebnisse wurden in Science veröffentlicht.

Durch einen innovativen experimentellen Ansatz haben Forschende am Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung zentrale Gene identifiziert, die von kommensalen Bakterien benötigt werden, um Pflanzen zu besiedeln. Die Ergebnisse tragen wesentlich zum Verständnis bei, wie Bakterien erfolgreiche Wirt-Kommensal-Beziehungen aufbauen.

Nein, ganz still ist es in der kalten Jahreszeit weder im Wasser noch unter dem Eis, auch wenn einige Lebewesen in diesem Lebensraum ruhen oder erstarren. Wie sich Tiere und Pflanzen an die harten Bedingungen angepasst haben und wie es ihnen gelingt, den Winter im See, Teich oder Tümpel zu überstehen, lesen Sie hier von Forschenden des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB). Außerdem: Wie wir den Tieren und Pflanzen im Gartenteich helfen können, gut durch die Kälte zu kommen.

Natürliche Abwehrstoffe von Pflanzen sind Schwerpunkt des neuen „BfR2GO“-Wissenschaftsmagazins

Mittels Optogenetik haben Würzburger Forscher einen neuen Säuresensor in Pflanzenzellen nachgewiesen. Sie entdeckten zudem einen zellinternen Kalziumspeicher, wie sie im Journal „Science“ berichten.

Pflanzen geben Duftstoffe ab, um zum Beispiel miteinander zu kommunizieren, Fressfeinde abzuwehren oder auf veränderte Umweltbedingungen zu reagieren. Ein interdisziplinäres Forschungsteam der Universität Leipzig, des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) hat in einer Studie untersucht, wie die Artenvielfalt den Ausstoß dieser Stoffe beeinflusst. Erstmals konnte so gezeigt werden, dass artenreiche Wälder weniger von diesen Gasen in die Atmosphäre abgeben als Monokulturen.

Forschungsteam untersucht Bedeutung von Jahreszeit und Umwelt in tropischer Megacity

Die weltweit zunehmende Urbanisierung ist eine wachsende Bedrohung für die biologische Vielfalt. Gleichzeitig kommen Blütenpflanzen in Städten oft in größerer Vielfalt vor als auf dem Land. Das liegt an Zierpflanzen sowie Nutzpflanzen, deren Anbau zunehmend in die Städte verlagert wird. Eine aktuelle Studie zeigt, dass die Interaktionen zwischen Pflanzen und Bestäubern, die für die landwirtschaftliche Produktion wichtig sind, überraschend dynamisch sind.

Ackerböden beherbergen oft viele Krankheitserreger, die Pflanzen befallen und Erträge mindern. Ein Schweizer Forschungsteam hat nun gezeigt, dass eine Impfung des Bodens mit Mykorrhiza-Pilzen helfen kann, den Ertrag ohne zusätzliche Düngung und Pflanzen-schutzmittel zu halten oder gar zu verbessern. In einem gross angelegten Freilandversuch konnte die Ernte um bis zu 40 Prozent gesteigert werden.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Potsdam sind mit gleich zwei Anträgen für Sonderforschungsbereiche bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) erfolgreich. Die „Phänotypische Plastizität bei Pflanzen“ wird der Forschungsschwerpunkt im SFB 1644 sein, während im SFB 1636 „Lichtgetriebene chemische Reaktionen an nanoskaligen Metallen“ untersucht werden.

Ein Team von Pflanzenbiolog*innen an der Technischen Universität Braunschweig und des Julius Kühn-Instituts Braunschweig hat ein Gen entschlüsselt, das den Stressabbau in Pflanzen steuert. Umwelteinflüsse können Stress auslösen, wodurch ihr Wachstum und ihre Vermehrungsfähigkeit eingeschränkt werden. Um sich besser an die Umgebungssituationen anzupassen, z.B. bei sich wandelndem Klima, können Pflanzen durch Stressregulierung, ihre Überlebenschancen verbessern. Wichtig sind diese neuen, im renommierten Magazin „Nature Communications“ veröffentlichten Erkenntnisse etwa in der Landwirtschaft und Pflanzenzucht.