Pflanzen zeigen eine enorme Vielfalt züchtungsrelevanter Merkmale wie Pflanzenhöhe, Ertrag und Resistenzen gegenüber Schädlingen. Eine der größten Herausforderungen der modernen Pflanzenforschung ist es, die Unterschiede in der Erbinformation zu finden, die für diese Variation der Merkmale verantwortlich sind. Ein Forschungsteam unter Leitung der AG „Crop Yield“ am Inst.f. Molek.Physiologie der HHU entwickelte ein Verfahren, um diese speziellen Unterschiede in der Erbinformation zu identifizieren. Am Beispiel von Mais demonstrieren sie das große Potenzial der Methode und präsentieren Regionen im Maisgenom, die bei der Züchtung zur Ertragsteigerung und der Schädlingsresistenz helfen können.

Für eine in der Fachzeitschrift “Science of the Total Environment” erschienene Studie unter Leitung des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) wurden erstmals die Auswirkungen von Silizium-Düngung auf Weizenerträge untersucht. In einem Feldversuch auf Grenzertragsböden in Brandenburg bildeten die Pflanzen deutlich mehr Biomasse aus: Der Ertrag im Vergleich zur konventionell bewirtschafteten Fläche stieg um 80 Prozent. Auch die Bindung von Kohlenstoff im Boden sowie die Verfügbarkeit von Wasser verbesserten sich durch die Düngung deutlich. Perspektivisch könnte dies die Robustheit der Pflanzen gegenüber Dürreepisoden verbessern.

Welche Bedeutung Biodiversität und insbesondere eine auf Nachhaltigkeit ausgerichtete Produktion von Pflanzen für den Klimaschutz hat, ist Thema des Kolloquiums „Heidelberger Brücke“. Dazu lädt das Heidelberg Center for the Environment (HCE) der Ruperto Carola ein. Zum Auftakt der Reihe „Nachhaltiger Pflanzenanbau im Zeichen des Klimawandels“ spricht Prof. Dr. Wilhelm Jelkmann vom Julius Kühn-Institut, dem Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen. In seinem Vortrag am 26. April 2023 wird er über die Auswirkungen veränderter klimatischer Bedingungen auf den Weinbau sprechen. Die insgesamt vier Veranstaltungen in diesem Sommersemester finden mittwochs um 17 Uhr online statt.

Vom 28. April bis zum 1. Mai 2023 findet die iNaturalist City Nature Challenge 2023 statt. Bei dem weltweiten Städtewettbewerb geht es darum, möglichst viele Arten (Tiere, Pflanzen, Pilze, Flechten, Algen) innerhalb der Stadtgrenzen zu entdecken, im Bild festzuhalten und auf der Plattform iNaturalist einzustellen. Im Nachgang werden alle Funde von der Online-Community klassifiziert. Auch die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Botanischen Gartens Berlin begeben sich auf die Suche.

Der Frühling ist im Botanischen Garten der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) angekommen, an allen Stellen sprießt, knospt und blüht es. Neben all dieser Pracht sind aber auch unscheinbare Pflanzen zu entdecken, die an der HHU geschützt angepflanzt werden. Dies und mehr lädt zu einem Rundgang ein, der Botanische Garten im Düsseldorfer Süden hat täglich geöffnet.

Forschende des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam natürliche chemische Strategien identifiziert, die Bakterien nutzen, um Konkurrenten fernzuhalten und sich erfolgreich auf Pflanzen zu vermehren. Die Studie wurde jetzt in der Zeitschrift PNAS veröffentlicht.

Manche Pflanzen können Monate ohne Wasser überleben, um dann nach einem kurzen Regenguss wieder zu ergrünen. Eine aktuelle Studie der Universitäten Bonn und Michigan zeigt, dass dafür kein „Wunder-Gen“ verantwortlich ist. Stattdessen ist diese Fähigkeit Folge eines ganzen Netzwerks von Erbanlagen, die fast alle auch in empfindlicheren Arten vorkommen. Die Ergebnisse sind bereits vorab online in der Zeitschrift „The Plant Journal“ erschienen. Die Printausgabe wird demnächst veröffentlicht.

Der Klimawandel führt zu einem vermehrten Auftreten von Wetterextremen. Im Fokus stehen bisher vor allem lange Dürre- und Hitzeperioden. Doch auch intensive Niederschläge stellen eine Bedrohung dar, da ein Übermaß an Wasser zu Staunässe oder im Extremfall zu Überschwemmungen führt. Das wiederum ruft bei Pflanzen einen Sauerstoffmangel hervor. Ein Forscherteam unter der Leitung des IPK Leibniz-Instituts und der Universität Bielefeld hat nun in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana einen neuen Signalweg entdeckt. Dieser verbindet bei Sauerstoffmangel ein Stresssignal mit der Initiierung einer transkriptionellen Anpassungsreaktion. Im Journal PNAS wurden jetzt die Ergebnisse veröffentlicht.

Blütenbildene Pflanzen mit nicht determinierten Blütenständen produzieren oft mehr Organe als sie benötigen. Ein internationales Forscherteam unter Leitung des IPK-Leibniz-Instituts hat nunmehr zeigen können, dass die ersten Schritte der Blütchenbildung bei Gerste molekular von ihrer Reifung zu Körnern entkoppelt sind. Während die Blütchenbildung von speziellen Genen diktiert wird, wird das Wachstum der Blütchen durch Lichtsignal-, Chloroplasten- und Gefäßentwicklungsprogramme gesteuert. Dabei spielt das Gerste CCT MOTIF FAMILY 4 (HvCMF4)-Protein eine zentrale Rolle. Die Ergebnisse geben Einblicke in die molekularen Grundlagen der Ertragsentwicklung bei Getreidepflanzen.

Bei vielen Pflanzen hängt die Samenkeimung von Licht ab. Aber nicht immer: Aethionema arabicum, eine an schwierige Umweltbedingungen angepasste Pflanze, macht es auf ihre eigene Weise. Hier spielen die Phytochrome eine unerwartete Rolle bei der Samenkeimung und stimmen diesen Prozess auf die optimale Jahreszeit ab. Diese Erkenntnisse, die jetzt in Plant Physiology veröffentlicht wurden, sind ein überzeugendes Beispiel für die evolutionäre Neuverknüpfung von Signalmodulen, die Pflanzen bei der Anpassung an ihre Lebensräume helfen. Die Studie wurde von ForscherInnen des Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften geleitet.

Autophagie oder „Selbstverzehr“ ist ein wichtiger zellulärer Qualitätskontrollmechanismus zur Beseitigung von Proteinaggregaten und beschädigten Zellteilen. Dieser Mechanismus ist unter normalen Bedingungen inaktiv und wird erst bei anhaltendem Zellstress aktiviert. Forschende des Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Max Perutz Labs haben einen molekularen Schalter entdeckt, der die Autophagie in Pflanzen reguliert. Sie zeigten, dass dieser Regulationsmechanismus in Eukaryoten konserviert ist. Die Ergebnisse wurden im EMBO Journal veröffentlicht.

Die Insekten können das gefährliche Feuerbakterium auf Reben übertragen. Forschende des JKI analysieren Fraßverhalten, um Risiko für den Weinbau zu ermitteln.

Bakterien der Gattung Pseudomonas produzieren einen stark antimikrobiellen Naturstoff. Das haben Forschende des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI) entdeckt. Sie wiesen nach, dass die Substanz sowohl gegen pflanzliche Pilzkrankheiten als auch gegen human-pathogene Pilze wirkt. Die Studie wurde im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.

In tropischen Gebirgen nimmt die Zahl der Insekten mit zunehmender Höhe ab. Dadurch verschärft sich in Gebirgshochlagen die Konkurrenz zwischen Pflanzenarten, die sich auf den Fang von Insekten als wichtige Nährstoffquelle spezialisiert haben. Wie kreativ einige dieser Pflanzenarten mit dieser Situation umgehen, zeigt ein Forschungsteam mit Prof. Dr. Gerhard Gebauer von der Universität Bayreuth in den „Annals of Botany“. Auf Borneo haben einige Arten der Kannenpflanze Nepenthes ihre Ernährung umgestellt: Mit ihren Fangfallen, die ursprünglich der Erbeutung von Insekten dienten, nehmen sie den Kot von Säugetieren auf und sind dadurch sogar besser mit Nährstoffen versorgt als zuvor.

Nicht-vaskuläre Moose leben in Kolonien, die den Boden bedecken und winzigen Wäldern ähneln. In einem echten Wald konkurrieren die Pflanzen in verschiedenen Schichten des Kronendachs um Licht. Wenn eine Pflanze nicht genügend Sonnenlicht empfängt, stellt sie die seitliche Verzweigung ein und wächst stattdessen in die Höhe. Forschende des Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften entdeckten, dass das Lebermoos, dessen Pflanzenkörper sich grundlegend von dem vaskulärer Pflanzen unterscheidet, seine Architektur ebenfalls an die Lichtverhältnisse anpasst. Die Ergebnisse wurden in Current Biology veröffentlicht.

Im hohen Norden hinterlässt der Klimawandel besonders deutliche Spuren. Eine neue Studie in Finnland zeigt nun, dass es parallel dazu dramatische Veränderungen bei den bestäubenden Insekten gegeben hat. Forscher:innen der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, des UFZ und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) haben festgestellt, dass sich das Netzwerk von Pflanzen und ihren Bestäubern dort seit dem Ende des 19. Jahrhunderts massiv verändert hat. Möglicherweise könne das dazu führen, dass Pflanzen künftig weniger effektiv bestäubt werden und sich dadurch schlechter vermehren, warnen die Wissenschaftler:innen im Fachjournal Nature Ecology & Evolution.

Forschenden des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie ist es gelungen mittels einer von ihnen entwickelten cleveren Kombination aus klassischer Pflanzenveredelung mit hochmoderner Molekularbiologie stabile geneditierte Pflanzen herzustellen, die nicht von klassisch gezüchteten oder natürlich entstandenen Mutationen zu unterscheiden sind. Diese neu entwickelte Methode ist außerdem geeignet schneller Pflanzen mit den gewünschten Eigenschaften zu züchten und kann bei einer Vielzahl von Pflanzen genutzt werden, bei denen bisher die Geneditierung nicht eingesetzt werden konnte. Veröffentlicht haben die Forscher*innen ihre Ergebnisse aktuell im Fachjournal Nature Biotechnology.

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Fachbereichs Biologie der Universität Hamburg hat durch die Sequenzierung von 1.000 Pflanzen herausgefunden, dass wichtige Prozesse in der Meiose – „crossover interference“ und „crossover assurance“ – durch das Protein ASYNAPTIC 1 (ASY1) reguliert werden. Die Ergebnisse könnten unter anderem für die Züchtung von Nutzpflanzen relevant sein und wurden in der Fachzeitschrift „PNAS nexus“ veröffentlicht.

Eine Forschungsgruppe an der Universität Bern erforscht, wie Pflanzen «atmen». Nun konnten sie neue Erkenntnisse dazu gewinnen, wie Gräser effiziente «Atmungsporen» auf ihren Blättern entwickeln. Wenn wichtige Komponenten in diesem Entwicklungsprozess fehlen, wird der Gasaustausch zwischen Pflanze und Atmosphäre beeinträchtigt. Die Erkenntnisse sind auch wichtig im Hinblick auf den Klimawandel.

Veränderte Umweltbedingungen, wie beispielsweise durch den Klimawandel hervorgerufen, erfordern entsprechende Anpassungen von Pflanzen. Eine Forschungsgruppe vom Institut für Biowissenschaften der Universität Rostock unter Beteilung der Humboldt-Universität zu Berlin und der Ludwig-Maximilians-Universität München konnte nun entschlüsseln, wie Pflanzen Schutzpigmente ausbilden, um sich vor hoher Lichtintensität zu schützen. Die Arbeit wurde im Fachjournal Plant Communications veröffentlicht.

Biologie, Chemie und Medizin: Interdisziplinäre Veröffentlichung in Plant Physiology

Eisen ist ein für das Überleben von Pflanzen wie Menschen entscheidender Mikronährstoff, doch zu viel Eisen kann auch toxisch sein. Ein interdisziplinäres Forschungsteam der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) hat festgestellt, dass das Protein PATELLIN2 nicht nur den Eisenhaushalt in Pflanzen mitreguliert. PATELLIN2 gehört zu einer Gruppe von Proteinen, die auch am Vitamin-E-Transport im Menschen beteiligt sind. Die Ergebnisse, die ebenfalls für die Eisenversorgung des Menschen über pflanzliche Nahrung wichtig sind, stellen die Forschenden in der Fachzeitschrift Plant Physiology vor.

Pfeffer made in Osnabrück? Im neuen Forschungszentrum Agrarsysteme der Zukunft erforschen Wissenschaftler*innen der Hochschule Osnabrück, wie das möglich wird. Auch Vanille, Salate und weiteres Gemüse wird in der neuen Indoorfarm mit Dachgewächshaus am Campus Haste angebaut. Forschungs- und Studi-Projekte nehmen dabei immer in den Blick, was die Pflanzen an Nährstoffen und Licht benötigen und wie die Energieströme beim sogenannten Vertical Indoorfarming nachhaltig optimiert werden können.

Die meisten Zellen von Menschen, Tieren, Pflanzen und Pilzen enthalten 2 Chromosomensätze mit spezifischen Chromosomenzahlen; beim Menschen etwa sind es 2 Sätze von 23 Chromosomen als Träger der Erbinformation. Doch kommen in der Natur auch häufig polyploide Zellen mit mehr als 2 Chromosomensätzen vor. Die Polyploidie trägt zur Evolution, zur funktionellen Spezialisierung oder zum Entstehen von Krankheiten bei. Ein Forscherteam unter Leitung von Professor Dr. Zuzana Storchova an der TU Kaiserslautern (TUK) hat untersucht, ob mit der Anzahl der Chromosomensätze auch der Proteingehalt linear ansteigt. Die Ergebnisse der Studie hat das Fachmagazin Nature Communications veröffentlicht.

Forscherinnen und Forscher aus Münster und Stockholm zeigen erstmals, dass das Photosystem I in Pflanzen auch als Dimer vorkommen kann. Sie haben diesen Proteinkomplex in nie zuvor gesehener Präzision untersucht.

DNA aus Sedimenten gibt Auskunft über den Gebrauch von Pflanzen durch Menschen der Altsteinzeit. Unter der Leitung der Universität Oslo hat ein internationales Forschungsteam aus den Sedimenten der armenischen „Aghitu-3“-Höhle Pflanzen-DNA extrahiert und analysiert. Die Höhle wurde vor etwa 40.000 bis 25.000 Jahren von Menschen des Jungpaläolithikums als Unterschlupf genutzt. Eine detaillierte Auswertung der DNA zeigt, dass die Bewohner*innen der Höhle zahlreiche Pflanzenarten zu verschiedenen Zwecken genutzt haben könnten, unter anderem als Medizin, Farbstoff oder Garn.