Das steckt hinter Ertragsausfällen bei Hitze

Immer häufiger treten während der Fortpflanzungsphase von Nutzpflanzen extreme Hitzeperioden auf, die dazu führen, dass Blüten steril werden und keine Samen bilden. Besonders bei Körnermais kann dies zu Totalausfällen der Ernte führen, da die Pollenkörner äußerst hitzeempfindlich sind. Studien haben gezeigt, dass kleine, nicht-kodierende RNA-Moleküle (small non-coding RNAs, sncRNAs) eine wichtige Rolle bei dieser hitzebedingten Sterilität spielen. Diese Moleküle, zu denen phasiRNAs, miRNAs, siRNAs und IncRNAs gehören, regulieren die Stabilität von mRNAs und DNA-Methylierungen im Genom und beeinflussen somit die Genexpression während der Pollenbildung auf epigenetischer Ebene.

Das Forschungsprojekt „Phasi_EMPS“ unter der Leitung von Thomas Dresselhaus von der Universität Regensburg hat sich zum Ziel gesetzt, zu untersuchen, welche phasiRNAs und miRNAs zur hitzebedingten Sterilität bei der frühen Pollenentwicklung beitragen. Langfristig soll so die Entwicklung hitzetoleranter Maislinien ermöglicht werden. Dazu werden auch tropische Maislinien, die hitzeunempfindlicher sind als in Deutschland angebaute gemäßigte Linien, in die Untersuchungen einbezogen.

„Wenn Hitzestress nur wenige Tage anhält, kann sich das vegetative System einer Pflanze normalerweise gut erholen“, erklärt Dresselhaus. „Aber wenn sich genau zu diesem Zeitpunkt die Blüten entwickeln, kann das fatal sein.“ Entwickelt sich der Pollen nicht richtig, kann die Samenanlage nicht befruchtet werden, was zu einem vollständigen Ernteausfall führen kann. Mit der Klimaerwärmung wird dieses Problem auch in nördlicheren Regionen Deutschlands immer relevanter.

Die Forschungsgruppe hat bereits gezeigt, dass sich die Genexpression in sncRNA-Signalwegen bei Maislinien aus gemäßigten und tropischen Regionen deutlich unterscheidet. Daher vergleicht das Team hitzeempfindliche Maislinien aus gemäßigten Breiten mit hitzetoleranten Linien aus tropischen Regionen. Ziel ist es, das Aktivitätsmuster der unterschiedlichen sncRNAs unter Hitzestress zu entschlüsseln.

Ein besonderer Fokus liegt weiterhin auf phasiRNAs, da sie während der männlichen Meiose stark hochreguliert sind – der Phase, in der Mais am empfindlichsten für Hitzestress ist. Das langfristige Ziel des Projekts ist es, die Produktion von phasiRNAs unter Hitze stabil zu halten oder deren Zielgene so zu verändern, dass die Pollenentwicklung gesichert ist.

Um die Forschung voranzutreiben, setzt die Arbeitsgruppe spezialisierte Techniken zur Isolierung von Zellen ein, die sich unter verschiedenen Hitzestress-Bedingungen entwickelt haben. Das Team ist überzeugt, dass diese Arbeit zur Entwicklung hitzetoleranter Maislinien beitragen wird, die in der Lage sind, auch unter extremen Witterungsbedingungen stabile Erträge zu liefern.

Der volle Text steht hier: https://www.pflanzenforschung.de/de/pflanzenwissen/journal/projekt-phasi-epms