Biologie

Die Photosynthese ist einer der wichtigsten Stoffwechselprozesse in der Natur: Sie ist entscheidend für das Pflanzenwachstum und damit die Produktion pflanzlicher Nahrungsmittel. Ein deutsch-amerikanisches Forschungsteam unter Leitung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) hat desin enger Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) nun untersucht, ob ein bestimmter, zur Kohlenstofffixierung konkurrierender Stoffwechselweg bei der Photosynthese eine Schutzfunktion für die Pflanzen hat. Die Ergebnisse haben Relevanz auch für die Nutzpflanzenzüchtung, wie die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Communications erläutern.

Anlässlich der anstehenden Beratungen von Bundesrat und Bundestag zum EU-weiten Umgang mit Pflanzen, die mit neuen genomischen Verfahren gezüchtet worden sind, haben die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina und die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) heute eine Ad-hoc-Stellungnahme veröffentlicht. Darin bekräftigen sie ihre Unterstützung für den von der Europäischen Kommission am 5. Juli 2023 vorgeschlagenen Verordnungsentwurf.

Viren sind eine Bedrohung für alle Organismen, auch für Pflanzen. Eine kleine Gruppe von Pflanzenstammzellen wehrt sich jedoch erfolgreich gegen eine Infektion. Marco Incarbone, jetzt am MPIMP Golm, Gabriele Bradamante und ihre Koautoren am Gregor-Mendel-Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) zeigen nun, dass Salicylsäure und RNA-Interferenz für diese antivirale Immunität der Stammzellen verantwortlich sind. Die Ergebnisse wurden am 12. Oktober im Fachmagazin PNAS veröffentlicht.

Welche neuartigen Therapien am besten gegen einen aggressiven Hirntumor ankommen, wollen Forscher*innen künftig mithilfe einer neuen Plattform testen. Dafür pflanzen sie Zellen des jeweiligen Glioblastoms in Zebrafische ein, berichten die Labore von Gerhardt und De Smet in „EMBO Molecular Medicine“.

Bakterien haben einen ausgeprägten Gemeinschaftssinn. Sie bilden Lebensgemeinschaften, wo immer sie sich aufhalten. Ein Beispiel sind sogenannte Biofilme. Sie finden sich auf Leitungen im Meereswasser, an den Wurzeln von Pflanzen, auf den Zähnen von Menschen, an den Handläufen in Hotels – keine Oberfläche ist vor ihrem Einfallsreichtum sicher. Unter der Überschrift „The Sticky Science of Microbial Cities – Bacterial Communities in Health and Environment” diskutieren in englischer Sprache auf Einladung vom Centre for Structural Systems Biology (CSSB) und der Akademie der Wissenschaften in Hamburg ausgewiesene Experten am 4. Oktober 2023 um 19:00 Uhr im Gartensaal vom Baseler Hof in Hamburg.

Biologie: Veröffentlichung in PNAS

Pilzinfektionen bedrohen Menschen, Tiere und auch Pflanzen, mit teilweise ernsten Folgen. Ein Forschungsteam der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) hat zusammen mit Kolleginnen und Kollegen aus Frankfurt/Main und Aachen einen wichtigen Mechanismus aufgeklärt, wie auf molekularer Ebene solche Infektionen reguliert werden. In der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) beschreiben sie, dass sich hieraus auch Angriffspunkte für neue Antipilzmittel ergeben können.

In den Pflanzenwissenschaften hilft künstliche Intelligenz (KI), eine mit herkömmlichen Methoden unerreichbare Menge an Daten zu sammeln und zu analysieren. Forschende der Universität Zürich konnten mit Hilfe von Big Data, maschinellem Lernen und Feldbeobachtungen im experimentellen Garten der Universität Zürich zeigen, wie Pflanzen auf eine sich verändernde Umwelt reagieren.

Für die Erforschung molekularer Mechanismen in Pflanzen ist die geringe Vergleichbarkeit der Anbaubedingungen ein großes Problem. Die PhänoSphäre am IPK Leibniz-Institut eröffnet jetzt völlig neue Möglichkeiten. Feldähnliche Umweltbedingungen können nun reproduzierbar simuliert werden. Ein Forschungsteam hat an Maispflanzen eine einzelne Anbausaison in der Anlage nachgestellt und die Daten zur Entwicklung der Pflanzen mit denen eines vieljährigen Feldversuches, einer gemittelten Saison in der PhänoSphäre und eines Anbaus im Gewächshaus verglichen. Dabei zeigte sich, dass das Wachstumsverhalten in der PhänoSphäre der Entwicklung der Pflanzen auf dem Feld sehr nahe kam.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena erforschen den bislang weitgehend unbekannten Biosyntheseweg, der in Pflanzen zur Bildung von Herzglykosiden führt. In einer in der Zeitschrift Nature Plants veröffentlichten Studie stellen sie zwei Enzyme aus der Familie CYP87A als Schlüssel-Enzyme vor, die in zwei verschiedenen Pflanzenfamilien die Bildung von Pregnenolon, dem Ausgangsstoff für die Biosynthese der pflanzlichen Steroide, katalysieren. Die Entdeckung solcher Enzyme soll dazu beitragen, Plattformen für eine günstige und nachhaltige Herstellung hochwertiger Steroidverbindungen für die medizinische Nutzung zu entwickeln.

Kolumbien ist das Land mit der dritthöchsten Artenvielfalt auf unserem Planeten, wenn es um die Diversität von Pflanzen und Wirbeltieren geht. Nun hat ein Forschungsteam des Botanischen Gartens Berlin gemeinsam mit seinen kolumbianischen Partnern belegt, dass diese Lebensfülle auch für die Organismengruppe der Flechten gilt: Nicht weniger als 666 Arten fanden sie auf Expeditionen im kolumbianischen Amazonasgebiet, darunter sind 28 neu für die Wissenschaft.

Wurzelhaare sind ein wichtiger Bestandteil der Wurzeloberfläche, über die Pflanzen Nährstoffe aufnehmen. Bekannt ist, dass es bei einem leichten Stickstoffmangel zu einer Verlängerung der Haupt- und Seitenwurzeln kommt. Wie Pflanzen mit ihren Wurzelhaaren auf einen derartigen Mangel reagieren und welche Mechanismen dahinterstecken, ist jedoch kaum erforscht. Einem internationalen Forschungsteam unter Führung des IPK Leibniz-Instituts ist es nun gelungen, eine dreistufige Abfolge molekularer Komponenten aufzudecken, über die das Wachstum der Wurzelhaare zur Aufnahme von Stickstoff gesteuert wird. Die Ergebnisse sind heute in der Zeitschrift „Current Biology“ veröffentlicht worden.

Eine neue Studie unter der Leitung von Hirofumi Nakagami am Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln zeigt, dass sich einer der beiden Zweige der Immunabwehr bei Pflanzen wahrscheinlich schon während der Etablierung von Pflanzen an Land entwickelt hat. Dieser Einblick in die prähistorische Pflanzenimmunität könnte sich auf die Züchtung resistenterer Pflanzenarten auswirken.

Gehölzpflanzen sind auf ozeanischen Inseln ungewöhnlich häufig anzutreffen. Wissenschaftler*innen der Universität Bayreuth haben jetzt zusammen mit Forschungspartnern in Italien, Großbritannien, Norwegen und Spanien eine neue Erklärung dieses Phänomens entdeckt: Mit der Verholzung von Biomasse haben sich viele auf ozeanischen Inseln heimische Pflanzenarten vor den Folgen häufiger Vulkanausbrüche geschützt, bei denen weite Gebiete mit großen Aschemengen bedeckt werden. Verholzende Pflanzen können auch bei Ascheschichten von bis zu einem halben Meter überleben. Am Beispiel der Kanareninsel La Palma stellt das europäische Team seinen Erklärungsansatz in der Zeitschrift „npf biodiversity“ vor.

Wie sich Dürreperioden auf das Photosynthese-Verhalten von Pflanzen im Tagesverlauf auswirken, zeigt eine neue wissenschaftliche Studie. Demnach verschieben Pflanzen in ohnehin trockenen Gebieten ihre CO2-Aufnahme während einer Hitzewelle zunehmend in die Morgenstunden und verringern die Photosynthese am Mittag und Nachmittag. Die Forschenden werteten für die Studie Daten von neuartigen geostationären Satelliten aus, die unter anderem während einer Hitzewelle in den USA im Jahr 2020 aufgenommen wurden.

Deutschland besitzt den aktivsten Markt, Südeuropa wünscht sich mehr Vielfalt, und den Menschen in Polen sind Molkerei-Ersatzprodukte zu teuer, so eine aktuelle Studie der Uni Hohenheim

Phosphor zählt weltweit zu den am häufigsten eingesetzten Düngemitteln. Doch die natürlichen Phosphorvorkommen schrumpfen. Eine Alternative könnte Biochar darstellen, eine spezielle Pflanzenkohle, die beim Verbrennen von Biomasse entsteht. Unklar war aber bisher, wie sich die Kombination von Biochar und den weitverbreiteten Mykorrhizapilzen auf die Pflanzen auswirkt. Nun haben Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) mittels Genexpressionsanalyse gezeigt, dass die „Antwort“ von Tomatensetzlingen auf die Mykorrhizasymbiose – und damit ihre Phosphaternährung – vom Ausgangsstoff des Biochars abhängt. Die Ergebnisse sind in Science of the Total Environment veröffentlicht.

Pflanzenwurzeln verfügen über ein eigenes Thermometer, um die Temperatur im Boden zu messen und ihr Wachstum daran anzupassen. Das zeigt eine neue Studie unter Leitung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) im „The EMBO Journal“. Bislang ging man davon aus, dass der Pflanzenspross das Wurzelwachstum steuert. Mit umfangreichen Experimenten konnten die Forschenden diese Annahme widerlegen und eine neue Erklärung dafür liefern, wie Wurzeln selbst auf höhere Temperaturen reagieren. Die Ergebnisse könnten dabei helfen, neue Ansätze für die Pflanzenzüchtung zu entwickeln.

Wissenschaftler:innen wissen seit Jahrzehnten, dass Gene von einer Art auf eine andere übertragen werden können, sowohl bei Tieren als auch bei Pflanzen. Der Mechanismus, wie ein solch unwahrscheinliches Ereignis abläuft, war aber bisher unbekannt. Jetzt identifizierten Forschende der Gruppe von Alejandro Burga am Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften einen Vektor für horizontalen Gentransfer (HGT) in Fadenwürmer. Die Ergebnisse, die am 29. Juni im Fachjournal Science veröffentlicht wurden, könnten bei der Bekämpfung von Krankheitserregern Anwendung finden.

Biolog*innen der Universität Konstanz belegen einen alternativen genetischen Mechanismus, durch den Pflanzen zu Selbstbestäubern werden können.

Die Kartierung der Verteilung einzelner Mineralstoffe in unterschiedlichen Zelltypen ist von entscheidender Bedeutung, um zu verstehen, wie Nährstoffe und toxische Elemente über die Wurzeln auch in oberirdische Organe der Pflanze gelangen und physiologisch wirksam werden. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des IPK Leibniz-Instituts hat eine neue Methode entwickelt, die fluoreszenzaktivierte Zellsortierung (FACS) kombiniert mit induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS). Damit kann die Konzentration von Mineralstoffen in verschiedener Zellpopulationen in den Wurzeln von Arabidopsis thaliana erfasst werden.

Bei Pflanzen kommt es oft zu einer Degenration von Blatt- und Blütengewebe. Diese Degeneration beginnt bei Getreidepflanzen wie Gerste mit einem Wachstumsstillstand der Ährenspitze. Um die molekularen Grundlagen der Degeneration der Ährenenspitzen während der Vorblüteentwicklung (PTD) aufzuklären, nutzte ein internationales Forschungsteam unter Führung des IPK Leibniz-Instituts verschiedene Ansätze und zeigte, dass die Gersten-PTD zu Zucker- und Aminosäureabbau und einer Abscisinsäure-Reaktionen führt. Zudem identifizierte das Forschungsteam das Gen GRASSY TILLERS1 (HvGT1) als wichtigen Modulator der PTD. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift „Plant Cell“ veröffentlicht.

Neu entdeckte Überreste von Biomarkern, Protosteroide, deuten auf eine ganze Reihe bisher unbekannter Organismen hin, die vor etwa einer Milliarde Jahren das damalige komplexe Leben auf der Erde beherrschten. Sie unterschieden sich von den eukaryontischen Lebewesen, wie wir sie kennen, also von Menschen, Tieren, Pflanzen und Algen, durch ihren Zellaufbau und wahrscheinlich auch durch ihren Stoffwechsel, der an eine Welt angepasst war, die weit weniger Sauerstoff in der Atmosphäre aufwies als heute. Ein internationales Forscherteam, dem auch der GFZ-Geochemiker Christian Hallmann angehört, berichtet jetzt in der Fachzeitschrift Nature über diesen Durchbruch für die evolutionäre Geobiologie.

Wasser wird zunehmend knapper. Eine neuartige Satellitentechnologie, die in Form eines Prototyps mit dem Namen »LisR« bereits auf der Internationalen Raumstation ISS erprobt wurde, ermöglicht es künftig, Pflanzen bedarfsgerecht zu bewässern und einen nachhaltigen Umgang mit der lebenswichtigen Ressource sicherzustellen. Für diese Entwicklung erhält ein Team aus Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF sowie der beiden Spin-offs constellr GmbH und SPACEOPTIX GmbH den Fraunhofer-Preis »Technik für den Menschen und seine Umwelt«.

Ein Team von Wissenschaftlern, darunter Prof. Dr. Jörg Kudla vom Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen der Universität Münster, hat bei der Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) einen Mechanismus gefunden, mit dem die Pflanzen ihre empfindlichen Stammzellen im Bildungsgewebe der Wurzelspitze vor Salzstress schützen.

Ein grundlegender molekularer Mechanismus kontrolliert zusammen mit der Umverteilung von Zucker innerhalb der Pflanzen die Ausbildung neuer Seitenwurzeln. Er beruht auf der Aktivität eines bestimmten Faktors, dem Protein „Target of Rapamycin“ (TOR), wie ein internationales Team von Pflanzenbiologen zeigen konnte. Ein besseres Verständnis der Prozesse, die auf molekularer Ebene die Wurzelverzweigung regulieren, könnte dazu beitragen, Pflanzenwachstum und damit Ernteerträge zu verbessern, so der Leiter der Forschungsarbeiten, Prof. Dr. Alexis Maizel vom Centre for Organismal Studies der Universität Heidelberg.