Wie Pflanzen Salz besser vertragen

Ein internationales Forschungsteam hat einen bislang unbekannten Mechanismus entdeckt, mit dem Pflanzen auf salzhaltige Böden reagieren. Die Ergebnisse könnten langfristig dabei helfen, Nutzpflanzen widerstandsfähiger gegen Trockenheit und steigende Salzkonzentrationen zu machen.

Salzhaltige Böden sind weltweit ein zunehmendes Problem. Künstliche Bewässerung und höhere Temperaturen führen dazu, dass sich Salze wie Natriumchlorid im Boden anreichern. Für viele Pflanzen erschwert dies die Aufnahme von Wasser. Bei starkem Salzstress können sie ihr Wachstum einstellen oder absterben.

Ein Team der Universität Münster und des japanischen RIKEN-Forschungsinstituts untersuchte deshalb, wie Pflanzen ihre Gene unter solchen Bedingungen regulieren. Im Mittelpunkt stand die Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana, eine häufig verwendete Modellpflanze.

Die Forschenden analysierten den sogenannten Histon-Code. Histone sind Proteine, um die Teile der DNA gewickelt sind. Chemische Markierungen an diesen Proteinen beeinflussen, welche Gene besonders stark oder nur schwach abgelesen werden. Diese Form der Gensteuerung wird als epigenetisch bezeichnet, weil sie die Aktivität von Genen verändert, ohne die DNA-Sequenz selbst umzuschreiben.

Das Team entdeckte eine bislang unbekannte Kombination zweier chemischer Markierungen am Histon H3.3. Diese sogenannte Diacetylierung betrifft zwei Positionen des Proteins und wirkt offenbar wie ein Schalter für die Stressantwort der Pflanze.

Eine entscheidende Rolle spielt dabei das Enzym HDA19. Es entfernt die Markierungen normalerweise wieder. Fehlte das Enzym bei Versuchspflanzen, waren die Keimlinge deutlich widerstandsfähiger gegenüber Salzstress. Sie produzierten größere Mengen sogenannter LEA-Proteine. Diese Proteine kommen unter anderem in trockenen Samen vor und schützen Zellen vor Wassermangel.

Die größere Widerstandsfähigkeit hatte allerdings einen Preis: Die Pflanzen wuchsen langsamer und bildeten weniger Samen. Für einen unmittelbaren Einsatz in der Landwirtschaft eignet sich das Ausschalten des Enzyms daher noch nicht. Die Ergebnisse zeigen aber, an welcher molekularen Stellschraube sich die Stressreaktion von Pflanzen grundsätzlich beeinflussen lässt.

Nach Ansicht des Forschungsteams liefert die Studie damit neue Erkenntnisse darüber, wie Pflanzen ihre Genaktivität bei Trockenheit und Salzstress anpassen. Langfristig könnten solche Mechanismen bei der Entwicklung robusterer Nutzpflanzen eine Rolle spielen.

Die Studie erschien in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences.