Würzburg, Germany
July 21, 2010
Source
36 degrees in the shade, little rain for weeks. The maize is not growing, grains are ripening too early. How can plants survive ever-lengthier periods of heat and drought unscathed? This very issue will be examined by a new Bavarian research association involving the University of Würzburg.
“Forplanta: plants fit for the future” is the name of the new Bavarian research association which will commence its work in August 2010. The University of Würzburg’s representative will be plant scientist Professor Rainer Hedrich. Joining him will be researchers from three Munich institutes of higher education and the University of Erlangen-Nuremberg. The Science Ministry will provide the association with funding of around EUR 1.5 million over the next three years.
Climate change: scientists are anticipating increasingly volatile weather conditions, with more frequent periods of drought and heat. For plants, this means water shortage and stress. As a result, they are becoming more susceptible to diseases and pests – a trend that is threatening agricultural yields.
Studying plant response to stress
How exactly do maize & co. respond to stress? “To date, only the effect of individual stress factors on plant productivity has been examined,” says Rainer Hedrich. The focus of the new research association will therefore be on the responses that plants exhibit when several stress factors occur at the same time: heat, drought, and pest infestation.
The scientists are aiming to gain new insights using the model plant popular among geneticists Arabidopsis thaliana. There are species of this plant that flourish in dry and hot climes, but also in cold regions. Which genes are responsible for these adjustments? How are they controlled? Can they be manipulated to make plants less vulnerable to drought and heat? Such questions will be considered by the new research association.
Stress hormone abscisic acid at the heart of the matter
At the heart of the matter lie the water balance of plants and the hormone abscisic acid. When a water shortage occurs, this acts as a stress hormone: it prompts stomata in the outer skin of the leaves to close, with the result that the plant loses less water.
The researchers want to improve the effectiveness of this abscisic acid, so plants demonstrate satisfactory growth even when there is little water available to them. If this works: how will this manipulation affect heat tolerance and the plant’s interaction with harmful fungi and bacteria? The association also intends to answer this question.
Ethical questions about green genetic engineering
The approach rooted in natural science will be accompanied by projects from the field of social science and ethics: the relationship between man and nature is also to be examined – particularly in view of green genetic engineering, i.e. the genetic modification of plants. The Forplanta association will explore this issue through the Institute for Scientific Issues related to Philosophy and Theology at the Munich School of Philosophy.
Application of knowledge to cultivated plants
If the research is successful, the intention later is to apply the findings to cultivated plants.
However, in many areas of the world, the climate is changing at a rate quicker than the speed at which plant cultivation can deliver grains adapted to stress. “Green genetic engineering should close this gap,” says Professor Hedrich. “But even with this targeted and therefore faster optimization there is no time to lose. This is because it is also important that we make useful plants and crops fit to fight the pests that climate change will bring.”
Scientists involved in Forplanta
- Prof. Jürgen Soll, Ludwig Maximilian University of Munich, Department of Biology I, Biochemistry and Physiology of Plants (designated spokesperson for the association)
- Prof. Uwe Sonnewald, University of Erlangen-Nuremberg, Department of Biology, Biochemistry
- Prof. Erwin Grill, Technical University Munich, Department of Plant Sciences, Botany
- Prof. Rainer Hedrich, University of Würzburg, Julius-von-Sachs-Institute for Biosciences, Molecular Plant Physiology and Biophysics
- Prof. Christian Kummer, Munich School of Philosophy, Institute for Scientific Issues related to Philosophy and Theology
Pflanzen gegen Dürre wappnen
36 Grad im Schatten, seit Wochen kaum Regen. Der Mais wächst nicht, das Getreide wird zu früh reif. Wie können Pflanzen immer länger werdende Hitze- und Dürreperioden schadlos überstehen? Das untersucht ein neuer bayerischer Forschungsverbund, an dem die Uni Würzburg beteiligt ist.
„Forplanta: Pflanzen fit für die Zukunft“: So heißt der neue bayerische Forschungsverbund, der seine Arbeit im August 2010 aufnimmt. Von der Universität Würzburg ist der Pflanzenwissenschaftler Professor Rainer Hedrich beteiligt. Mit dabei sind außerdem Forscher von drei Münchener Hochschulen sowie von der Uni Erlangen-Nürnberg. Das Wissenschaftsministerium fördert den Verbund in den kommenden drei Jahren mit rund 1,5 Millionen Euro.
Klimawandel: Wissenschaftler rechnen mit zunehmenden Wetterschwankungen, mit gehäuften Dürre- und Hitzeperioden. Für Pflanzen bedeutet das Wassermangel und Stress. Dadurch werden sie anfälliger für Krankheiten und Schädlinge – eine Entwicklung, die die landwirtschaftlichen Erträge bedroht.
Reaktion der Pflanzen auf Stress erforschen
Wie genau reagieren Mais & Co. auf Stress? „Bislang wurde nur die Wirkung einzelner Stressfaktoren auf die pflanzliche Produktivität untersucht“, sagt Rainer Hedrich. Der Schwerpunkt des neuen Forschungsverbunds liege darum auf den Reaktionen, die Pflanzen beim gleichzeitigen Auftreten mehrerer Stressfaktoren zeigen: Hitze, Dürre, Schädlingsbefall.
Ihre Erkenntnisse wollen die Wissenschaftler an der genetischen Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) gewinnen. Von dieser Pflanze gibt es Typen, die in trockenen und heißen Klimaregionen, aber auch in kalten Gebieten gedeihen. Welche Gene sind für diese Anpassungen verantwortlich, wie werden sie reguliert? Lassen sie sich manipulieren, um die Pflanzen unempfindlicher gegen Trockenheit und Hitze zu machen? Um solche Fragen geht es in dem neuen Forschungsverbund.
Stresshormon Abscisinsäure im Mittelpunkt
Im Mittelpunkt stehen der Wasserhaushalt der Pflanzen und das Hormon Abscisinsäure. Dieses wirkt bei Wassermangel wie ein Stresshormon: Es sorgt dafür, dass Spaltöffnungen in der Außenhaut der Blätter geschlossen werden – aus der Pflanze entweicht dann weniger Wasser.
Die Forscher wollen den Wirkungsgrad der Abscisinsäure verbessern. Pflanzen sollen auch dann eine zufriedenstellende Wuchsleistung zeigen, wenn ihnen wenig Wasser zur Verfügung steht. Falls das gelingt: Wie wirken sich die Manipulationen auf die Hitzetoleranz und auf die Wechselwirkungen der Pflanze mit Schadpilzen und Bakterien aus? Diese Frage soll im Verbund ebenfalls geklärt werden.
Ethische Fragen zur Grünen Gentechnik
Der naturwissenschaftliche Ansatz wird sozialwissenschaftlich-ethisch begleitet: Das Verhältnis von Mensch und Natur soll dabei hinterfragt werden – vor allem im Hinblick auf die Grüne Gentechnik, also die gentechnische Veränderung von Pflanzen. Zu diesem Thema arbeitet das „Institut für naturwissenschaftliche Grenzfragen zu Philosophie und Theologie“ der Hochschule für Philosophie (München) im Verbund Forplanta mit.
Wissen auf Kulturpflanzen übertragen
Wenn die Forschungen erfolgreich verlaufen, sollen die dabei gewonnenen Erkenntnisse später auf Kulturpflanzen angewendet werden. Aber: In vielen Regionen der Erde ändert sich das Klima schneller als die herkömmliche Pflanzenzüchtung an Stress angepasstes Getreide liefern kann.
„Diese Lücke soll die Grüne Gentechnik schließen“, so Professor Hedrich. „Aber auch bei dieser gezielten und damit schnelleren Optimierung dürfen wir keine Zeit verlieren. Denn es gilt auch, die Nutzpflanzen gegen Schädlinge fit zu machen, die im Zuge der Klimaänderung einwandern werden.“
An Forplanta beteiligte Wissenschaftler
- Prof. Jürgen Soll, Ludwig-Maximilians-Universität München, Department Biologie I, Biochemie und Physiologie der Pflanzen (designierter Sprecher des Verbunds)
- Prof. Uwe Sonnewald, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Department Biologie, Biochemie
- Prof. Erwin Grill, Technische Universität München, Department Pflanzenwissenschaften, Botanik
- Prof. Rainer Hedrich, Universität Würzburg, Julius-von-Sachs-Institut für Biowissenschaften, Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik
- Prof. Christian Kummer, Hochschule für Philosophie München, Institut für naturwissenschaftliche Grenzfragen zu Philosophie und Theologie
Species
