Von Diana Mutz

Pflanzen, die weniger Dünger benötigen und die auch mit wenig Wasser gut gedeihen und hohe Erträge erbringen – daran arbeiten Pflanzenforscher und Züchter nicht erst, seitdem sich der globale Klimawandel bemerkbar macht. Die Erderwärmung gibt der angewandten Pflanzenforschung aber zusätzliche Dringlichkeit. Wissenschaftlern des Dahlem Center of Plant Sciences, einer Focus Area der Freien Universität, ist es nun gelungen, das Wurzelwachstum von Pflanzen so zu verändern, dass diese Nährstoffe im Boden verstärkt erschließen und Trockenperioden besser überstehen können.

Wurzeln sind überlebenswichtig für Pflanzen: Sie nehmen Wasser und Nährstoffe aus dem Boden auf, sie dienen der Pflanze als Vorratsspeicher, sie verankern sie sicher in der Erde und lassen sie in Kontakt treten mit anderen Lebewesen im Erdreich.

Aber die Pflanzenwurzeln machen es den Forschern nicht leicht, da sie unterirdisch wachsen und für Analysen nur schwer zugänglich sind. So ist über die Vorgänge in der Wurzel sehr viel weniger bekannt als über das, was oberirdisch in den grünen Sprossen geschieht. Entwicklungsbiologen um Professor Thomas Schmülling und Juniorprofessor Tomáš Werner aus der Angewandten Genetik konnten nun zeigen, dass das pflanzliche Hormon Cytokinin zentrale Aufgaben bei der Regulation des Wurzelwachstums übernimmt. In einer Publikation in der renommierten Fachzeitschrift Plant Cell beschreiben die Wissenschaftler die Herstellung von Pflanzen, die ein verstärktes Wurzelsystem bilden. Dies ließ sich durch die gezielte Senkung der Konzentration von Cytokinin in der Wurzel erreichen. Es ist das erste Mal, dass durch einen Eingriff in das pflanzliche Hormonsystem gezielt das Wurzelwachstum in Pflanzen angeregt werden konnte. Das Forscherteam wies nach, dass derart veränderte Pflanzen mehr Mineralstoffe im Spross anreichern und gegen Dürre resistenter sind.

Die Forschungsergebnisse, die an Modellpflanzen erzielt wurden, könnten große Bedeutung für die Anwendung in der Landwirtschaft haben. Vor allem der Mangel an Wasser und Nährstoffen begrenzt auf dem Acker das Pflanzenwachstum und den Ertrag. Lebenswichtige Nährstoffe für das pflanzliche Wachstum wie Phosphat und Nitrat müssen durch Düngung zugeführt werden. Das ist energieintensiv, teuer und beeinträchtigt die Umwelt, etwa durch Überdüngung von Gewässern. Für die landwirtschaftliche Produktion von Pflanzen werden weltweit zirka 75 Prozent des Frischwassers eingesetzt. Die Optimierung des Wurzelsystems von Nutzpflanzen könnte eine wichtige Stellschraube für eine weniger Ressourcen verbrauchende und damit nachhaltige Landwirtschaft sein.

Am Dahlem Centre of Plant Sciences untersuchen Entwicklungs-, Molekularbiologen und Ökologen nun, welche Auswirkungen verstärktes Wurzelwachstum auf die Interaktion von Pflanzen mit anderen Lebewesen im Boden hat. Thomas Schmülling leitet hierzu ein Konsortium mit Partnern in Deutschland, Frankreich und Spanien. Im Projekt „Root enhancement for crop improvement“ untersuchen sie, ob die Ergebnisse der Grundlagenforschung zur Regulation der Wurzelarchitektur auf Nutzpflanzen übertragbar sind und welchen wirtschaftlichen und ökologischen Nutzen die angestrebten Verbesserungen haben. Das Projekt wird vom Bundesforschungsministerium im Rahmen der transnationalen Pflanzengenomforschung für zunächst drei Jahre mit insgesamt 1,5 Millionen Euro gefördert.esserungen haben. Das Projekt wird vom BMBF im Rahmen der transnationalen Pflanzengenomforschung für zunächst drei Jahre mit insgesamt 1,5 Millionen Euro gefördert.