Forscher entdecken, wie Pflanzen ein neues Anti-Stress-Molekül produzieren

Neue Forschungsergebnisse identifizieren zum ersten Mal Gene, die Pflanzen dabei helfen, unter Stressbedingungen zu wachsen, mit Auswirkungen auf die Produktion nachhaltigerer Nahrungspflanzen angesichts des globalen Klimawandels.

Unter der Leitung der University of East Anglia (UEA) enthüllt die Studie die Gene, die es Pflanzen ermöglichen, ein neues Anti-Stress-Molekül namens Dimethylsulfoniopropionat oder DMSP herzustellen. Es zeigt, dass die meisten Pflanzen DMSP produzieren, eine hohe DMSP-Produktion ermöglicht jedoch das Wachstum von Pflanzen an der Küste, beispielsweise unter salzigen Bedingungen.

Untersuchungen zeigen auch, dass Pflanzen unter anderen Stressbedingungen wie Trockenheit gezüchtet werden können, wenn sie mit DMSP ergänzt werden oder wenn Pflanzen so gezüchtet werden, dass sie ihr eigenes DMSP produzieren. Ein solcher Ansatz kann insbesondere auf stickstoffarmen Böden von Nutzen sein, um die landwirtschaftliche Produktivität zu verbessern.

Dies ist die erste Studie, die die Gene beschreibt, die Pflanzen zur Produktion von DMSP verwenden, identifiziert, warum Pflanzen dieses Molekül herstellen, und herausfindet, dass DMSP zur Verbesserung der Stresstoleranz von Pflanzen verwendet werden kann. Die Ergebnisse werden heute in der Fachzeitschrift veröffentlicht Natürliche Kommunikation.

Professor Jon Todd von der School of Biological Sciences der UEA sagte: „Aufregenderweise zeigt unsere Studie, dass die meisten Pflanzen die Anti-Stress-Verbindung DMSP produzieren, aber nur das Salzwiesengras Spartina ist aufgrund der hohen Konzentration, die es ansammelt, etwas Besonderes.“ Denn die Spartina-Salzwiesen sind globale Hotspots für die Produktion von DMSP und für die Erzeugung des klimakühlenden Gases Dimethylsulfid durch die Wirkung von Mikroben, die DMSP abbauen.

Der Hauptautor Dr. Ben Miller, ebenfalls von der UEA School of Biological Sciences, fügte hinzu: „Diese Entdeckung liefert ein grundlegendes Verständnis darüber, wie Pflanzen Stress tolerieren, und bietet vielversprechende Möglichkeiten zur Verbesserung der Toleranz der Pflanzen gegenüber Salzgehalt und Trockenheit, was für die Verbesserung der landwirtschaftlichen Nachhaltigkeit wichtig ist.“ . angesichts des globalen Klimawandels. »

Zum Forschungsteam gehörten Wissenschaftler der School of Biological Sciences, der UEA School of Chemistry, Pharmacy and Pharmacology und der Ocean University of China.

Sie untersuchten eine Salzwiesen-Schnurgrasart, Spartana anglica, die große Mengen an DMSP produziert, und verglichen ihre Gene mit denen anderer Pflanzen, die das Molekül produzieren, allerdings hauptsächlich in geringen Konzentrationen.

Viele dieser Arten mit geringer DMSP-Anreicherung sind Nutzpflanzen, die große Flächen im Vereinigten Königreich bedecken, wie etwa Gerste und Weizen.

Die Forscher identifizierten drei Enzyme, die an der DMSP-Produktion in hohem Maße in Spartina anglica beteiligt sind. DMSP spielt eine entscheidende Rolle beim Schutz vor Stress und ist ein integraler Bestandteil des globalen Kohlenstoff- und Schwefelkreislaufs sowie der Produktion klimawirksamer Gase.

Salzwiesen-Ökosysteme, insbesondere solche, in denen das spartanische Cordgras vorherrscht, sind Hotspots für die DMSP-Produktion, da diese Pflanzen in der Lage sind, ungewöhnlich hohe Konzentrationen der Verbindung zu synthetisieren.