Pflanzen können die Durchlässigkeit ihrer Wurzeln kontrollieren
Bevölkerungswachstum, Bodendegradation und Klimaerwärmung stellen die Landwirtschaft vor grosse Herausforderungen: Sie muss den Ertrag von Nutzpflanzen steigern, um die Ernährungssicherheit zu gewährleisten. Bis zum Jahr 2050 wird die Erdbevölkerung zudem voraussichtlich auf neun Milliarden ansteigen. Es werden also noch zwei Milliarden Menschen mehr zu ernähren sein als heute.
Die Ertragssteigerung darf jedoch nicht zu Lasten der Umwelt oder der Qualität der Nährstoffe gehen. Daher sei es wichtig zu verstehen, wie genau Pflanzen die für sie unentbehrlichen Nährstoffe aus dem Boden gewinnen, schrieb die Universität Lausanne am Donnerstag.
Niko Geldner und sein Team vom Departement für Molekularbiologie der Pflanzen der Universität Lausanne interessieren sich dabei besonders für die Rolle der sogenannten Endodermis. Dabei handelt es sich um eine undurchlässige Zellschicht im Innern der Wurzel. Diese studieren sie am Beispiel der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana.
«Die Endodermis funktioniert wie ein Filter, der die Nährstoffe durchlässt, die die Pflanze braucht, aber unnütze oder potenziell toxische Stoffe zurückhält», wird Marie Barberon, Erstautorin der Studie, in der Mitteilung zitiert.
Die Arbeit der Lausanner Biologen brachte eine unerwartete Entdeckung: Eine bisher unbekannte Fähigkeit der Pflanzen, die Durchlässigkeit der Endodermis anzupassen. Ihre Ergebnisse stellen die Wissenschaftler im Fachjournal «Cell» vor.
«Die Durchlässigkeit beruht zu einem Grossteil auf der Anwesenheit von Suberin, einer wachsartigen Substanz», erklärte Geldner. Sie bedecke die Zellen der Endodermis.
«Wir haben entdeckt, dass die Pflanzen nicht nur in der Lage sind, ihre Suberin-Produktion zu erhöhen, sondern dies je nach Nährstoffbedarf auch wieder umzukehren, indem sie die zuvor geformte Wachsschicht wieder abbauen», so der Forscher. Durch diese Strategie können die Pflanzen ihre Versorgung und somit ihre Entwicklung auch bei Nährstoffmangel sicherstellen.
Die Erkenntnisse könnten von grossem Nutzen für die Landwirtschaft sein. «Wir müssen nun herausfinden, ob dieser Mechanismus auch in Kulturpflanzen existiert, und falls nicht, wie wir ihn künstlich einbauen könnten», sagte Geldner.
Mehrere Forschungsgruppen, die Nutzpflanzen wie Reis, Mais oder Tomate studieren, seien übrigens bereits durch die Arbeit der Lausanner Forscher inspiriert worden. «Sie untersuchen nun die Endodermis dieser Pflanzen mit grösserem Interesse.»