Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung

Forschende entwickeln eine Technik, mit der sie genetisch identische Hybridpflanzen züchten können

Forschende entdecken einen Genschalter von Pflanzen, der einfache in komplexe Blattformen verwandelt

Forschende beschreiben einen neuartigen Regelungsmechanismus, der die Immunreaktionen von Pflanzen in Schach hält

Salzige Böden machen Pflanzen empfindlich für die toxische Wirkung von Bakterien 

Forschende züchten Tomatenpflanzen, die das vollständige Erbgut beider Elternpflanzen enthalten

Kreuzen sich verschiedene Hybride einer Pflanzenart miteinander, sind ihre Nachkommen häufig widerstandsfähiger und wachsen schneller als ihre Eltern. In der nächsten Generation verschwindet dieser Effekt jedoch wieder. Mit neuen Methoden lassen sich die vorteilhaften Eigenschaften solcher Hybridpflanzen dauerhaft erhalten und Pflanzen mit vier statt mit zwei Chromosomensätzen züchten. Die Techniken sollen die Zucht besonders ertragreicher und widerstandsfähiger Nutzpflanzen erleichtern, die eine wachsende Erdbevölkerung auch in Zeiten der Klimakrise ernähren können.

Max-Planck-Forschende kooperieren mit Partnern in mehr als 120 Ländern. Hier schreiben sie über ihre persönlichen Erfahrungen und Eindrücke. Jozefien Van de Velde vom Kölner Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung ist für zwei Monate nach Australien gereist. Im Outback machte sie sich auf die Suche nach Fröschen. Kein leichtes Unterfangen, denn ihre Studienobjekte sind nachtaktiv, verstecken sich bei Trockenheit unter der Erde und kommen nur nach starkem Regen zum Vorschein.

Lanzettlich, eiförmig, elliptisch, ganzrandig, gesägt, einfach oder mehrfach gefiedert – die Vielfalt der Blätter hat viele Namen. Doch wie kommt diese Mannigfaltigkeit zustande? Miltos Tsiantis vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln und sein Team suchen nach Genen, die das Blattwachstum kontrollieren. Ein zentrales Steuerelement haben sie schon gefunden.

In vielen Regionen der Erde bedroht Wassermangel die Landwirtschaft. Neue Pflanzensorten wie die Gerste müssen daher besonders widerstandsfähig gegenüber Trockenheit sein.

Pflanzenkrankheiten vermindern die Ernteerträge weltweit jedes Jahr um etwa 30%. Die Nutzung der Fähigkeit von Pflanzen, mikrobielle Infektionen abzuwehren, würde den Übergang zu einer nachhaltigen Landwirtschaft erleichtern. Jetzt gibt es bedeutende Fortschritte im Verständnis der Erkennung von Krankheitserregern durch Immunrezeptoren und darüber, wie diese Sensoren, sobald sie aktiviert sind, Abwehrprogramme mobilisieren. Die Entdeckung von Nukleotid-Signalmolekülen, die von Immunrezeptoren hergestellt werden, und deren Wirkung öffnet ungeahnte Perspektiven für den Pflanzenschutz.

Pflanzen bewohnen eine enorme Bandbreite an Lebensräumen. Das Erforschen, wie sie sich an bestimmte Umgebungen anpassen, liefert grundlegende biologische Erkenntnisse und Informationen, die dazu beitragen können, die Auswirkungen des Klimawandels auf natürliche und landwirtschaftliche Ökosysteme zu verringern. Wir untersuchen die Mechanismen der Anpassung in natürlichen Populationen der Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Dieses System ist ideal, um die biochemischen und molekularen Grundlagen der Merkmalsvariation mit ihrem ökologischen und evolutionären Kontext zu verbinden.

Warum verstehen wir im Zeitalter von Big Data immer noch nicht, wie Zellen, molekular und physikalisch, sich zu Geweben entwickeln und Organismen bilden? Eine einfache Antwort liegt in der mehrstufigen Komplexität, denn: Morphologische Prozesse auf verschiedenen Ebenen der biologischen Organisation ergeben erst durch komplexe Rückkopplungsschleifen von Genaktivität, Wachstum und Mechanik die endgültige Form. Computer sind dazu in der Lage, um aus solchen Daten mechanistische Modelle zu entwickeln. Wir beschreiben zwei bahnbrechende Studien zur Pflanzenentwicklung und Artenvielfalt. 

Hybridkulturen werden in der Landwirtschaft wegen ihres höheren Ertrags bevorzugt. Die Nachkommen einer Hybridpflanze sind jedoch aufgrund sexueller Fortpflanzung genetisch variabel. Deshalb müssen Pflanzenzüchter Jahr für Jahr neues hybrides Saatgut aufwändig erzeugen. Forschungen haben gezeigt, dass eine sexuelle Vermehrung vermieden werden kann, sodass klonale Samen entstehen, die den Hybridzustand aufrechterhalten. Hier fassen wir neue Ansätze zusammen, die bei Hybriden von Arabidopsis und Reis entwickelt wurden und eine Revolution in der Hybridzüchtung und Saatgutproduktion versprechen.

Pathogene Pilze und Eipilze (Oomyzeten), beides eukaryotische Mikroorganismen, sind für bis zu 10% aller Ernteausfälle verantwortlich. Bislang wurden hauptsächlich Pestizide, Züchtungen resistenter Pflanzen oder Manipulationen des pflanzlichen Immunsystems eingesetzt, um diese Krankheiten einzudämmen. Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass bakterielle Lebensgemeinschaften im Bereich der Wurzeln Pflanzen vor eukaryotischen Mikroorganismen schützen können. In Zukunft könnten gezielt zusammengestellte Bakteriengemeinschaften genutzt werden, um Pflanzen vor diesen Krankheitserregern zu schützen.