Die Versalzung landwirtschaftlicher Böden nimmt als Folge des Klimawandels zu und führt zu wachsenden Ernteverlusten in der Landwirtschaft. Dennoch gibt es Pflanzen, die gegen Salzstress resistent sind. Eine aktuelle Studie zeigt Wageningen University & Research (WUR) zufolge, dass das Pflanzenhormon Abscisinsäure (ABA) eine unerwartete und entscheidende Rolle bei diesem Prozess spielt.
Nahezu ein Viertel der bewässerten landwirtschaftlichen Nutzfläche der Welt ist von Versalzung betroffen. Steigende Meeresspiegel, zunehmende Dürren und höhere Temperaturen infolge des Klimawandels verschärfen dieses Problem. Infolgedessen steigt die Nachfrage nach Pflanzen, die resistenter gegen Versalzung sind. Es fehlt jedoch noch immer an grundlegendem Wissen darüber, wie Pflanzen auf akuten Salzstress reagieren.
Eine neue Studie von WUR-Forschern zeigt nun, dass Natriumstress innerhalb der ersten Stunden zu Zellschäden und Veränderungen in der DNA-Regulation führt. Überraschenderweise werden diese Auswirkungen durch das Stresshormon ABA unterdrückt.
Salzstress: mehr als nur Wasserentzug
Um zu diesen Ergebnissen zu gelangen, analysierten die Forscher die schnelle Reaktion auf Kochsalz (NaCl) durch Experimente mit der Modellpflanze Arabidopsis thaliana. Salz löst auf zwei Arten Stress aus: durch den Entzug von Wasser (osmotischer Stress) und durch die Anhäufung toxischer Natrium-Ionen.
Durch den Vergleich von NaCl mit Zuckern, die nur osmotischen Stress verursachen, und mit anderen Salzen entdeckten die Forscher spezifische Reaktionen der Pflanzen auf Natriumionen. Diese Reaktionen waren in den ersten sechs Stunden nach der Salzexposition besonders deutlich und verschwanden danach. Dieses Muster wurde aufgedeckt, weil sich die Forscher auf diese frühen Zeitpunkte konzentrierten. In früheren Studien wurden die Auswirkungen oft erst nach Tagen oder Wochen untersucht, wobei diese frühe Dynamik übersehen wurde.
ABA unterdrückt durch Natrium-Ionen verursachte Schäden
In einem weiteren Schritt des Experiments zeigte sich, dass das Stresshormon ABA, das sich bei osmotischem Stress langsam anreichert, die Reaktion auf Natriumionen unterdrückt. Nach Ansicht des Forschers Jasper Lamers deutet dies darauf hin, dass beide Stressfaktoren enger miteinander verbunden sind als bisher angenommen.
Lamers und seine Kollegen untersuchten dann, was passiert, wenn ABA zu Beginn des Salzstresses vorhanden ist. „Wenn die Pflanzen mit ABA vorbehandelt wurden, wurden die Natriumreaktionen vollständig unterdrückt. Die Zellen wiesen keine sichtbaren Schäden auf, und die Natrium-induzierte Genregulation blieb unverändert. Außerdem wurde deutlich, dass die Wurzelspitze der empfindlichste Teil der Pflanze gegenüber Salzstress ist“, erklärt er.
Dieses grundlegende Wissen über die ersten Stunden von Salzstress und die Vermeidung von Zellschäden kann als Grundlage für die Entwicklung salztoleranterer Pflanzen dienen. Lamers merkt an: „Da sich die Aktivierung von ABA auf die gesamte Pflanze auswirkt, forschen meine ehemaligen Kollegen in der Pflanzenphysiologie weiter, um herauszufinden, ob es möglich ist, diese Reaktion lokal zu regulieren - z.B. in den salzempfindlicheren Teilen der Wurzel. Derzeit arbeite ich als Postdoktorand in der Abteilung Biochemie der WUR und untersuche, wie Pflanzen physikalische Kräfte wahrnehmen und darauf reagieren.“
