Genetische Grundlage der Kältetoleranz gefunden
Potsdam (pte/12.08.2005/12:45) – Forscher des Max-Planck-Instituts für
molekulare Pflanzenphysiologie http://www.mpimp-golm.mpg.de in Potsdam
haben erstmals die genetischen Grundlagen des natürlichen
Frostschutzsystems bei Pflanzen entschlüsselt. Bekannt war den
Forschern, dass viele Pflanzen in der Lage sind, ihre Frosttoleranz zu
erhöhen, wenn sie längere Zeit kühleren Temperaturen ausgesetzt sind.
Diese Akklimatisierung ist in der Expression von Genen und Gengruppen
angelegt.
Die Max-Planck-Wissenschaftler haben jetzt erstmals die Aktivität aller
Gene der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana, vor und nach einer
solchen Kälteanpassung miteinander verglichen. Dabei stellte sich
heraus, dass sich die Expression bei über 2.000 Genen signifikant
verändert. Dieser Vergleich legt erstmals offen, welche Prozesse in
Pflanzen bei der Vorbereitung auf die Überwinterung dominieren
Frosttoleranz ist für Pflanzen in gemäßigten und kalten Klimazonen ein
wichtiger Faktor, der die geographische Verbreitung einer Art
entscheidend mitbestimmt. In der Landwirtschaft führen Frosteinbrüche
immer wieder zu katastrophalen Ernteverlusten. Bisher ist es der
Pflanzenzüchtung nicht gelungen, die Frosttoleranz wichtiger
Kulturpflanzen entscheidend zu verbessern. Die Gründe dafür sind den
Forschern nun klar geworden: Die Frosttoleranz ist ein komplexes,
quantitatives Merkmal von Pflanzen und folgt keinem einfachen
Mendelschen Vererbungsschema.
Bekannt war, dass viele Pflanzen der gemäßigten Breiten in der Lage
sind, während einer Akklimatisierungsphase von mehreren Tagen bis
Wochen bei Temperaturen knapp über dem Gefrierpunkt ihre Frosttoleranz
deutlich zu erhöhen. Die ihnen zugrunde liegenden physiologischen und
genetischen Mechanismen wurden vielfach untersucht, unbekannt war
jedoch, wie viele und welche Gene an der Akklimatisierung einer Pflanze
an niedrige Temperaturen beteiligt sind. Die Forscher des
Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie haben mit Hilfe
spezieller "Microarray"-Techniken, die die Aktivität aller Gene eines
Organismus in einer einzigen Messung bestimmen, untersucht.
Die Ackerschmalwand ist einer der wichtigsten pflanzlichen
Modellorganismen und zeigt eine gute Kälteakklimatisierung. Da das
Genom dieser Pflanze vollständig sequenziert ist, eignet sie sich
besonders gut für Experimente, bei denen die globale Regulation der
Genexpression untersucht wird, berichtet die Max-Planck-Gesellschaft.