Pflanzenzüchtung

Wärmeverträgliche Kartoffeln durch Aufhebung einer RNA-Regulierung

Biochemiker haben durch Ausschalten einer RNA wärmeverträgliche Kartoffelpflanzen erzeugt. 

Die hitzeresistenten Pflanzen bilden auch bei mehr als 29 Grad Celsius noch Knollen. © FAU/Uwe Sonnewald

Eines mag die Kartoffel gar nicht: Wärme. Sind die Temperaturen zu hoch, bildet die Pflanze deutlich weniger oder mitunter gar keine Knollen mehr. Biochemiker der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben nun herausgefunden, woran das liegt: Steigt die Temperatur, blockiert eine sogenannte „kleine RNA“ die Knollenbildung. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, diese kleine RNA auszuschalten und so wärmeresistente Kartoffelpflanzen zu erzeugen – angesichts des Klimawandels ein wichtiger Beitrag, um Ernteerträge auch in Zukunft zu sichern. Ihre Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift Current Biology aus dem Verlag Cell Press veröffentlicht.

Weltweit gehört die Kartoffel neben Mais, Reis, Weizen und Maniok zu den wichtigsten Grundnahrungsmitteln. Die höchsten Erträge lassen sich bei gemäßigten Temperaturen erzielen – ideal für die Knollenbildung sind rund 21 Grad Celsius tagsüber und 18 Grad nachts. Bei diesen Temperaturen und der richtigen Tageslänge wird in den Blättern ein knolleninduzierendes Eiweiß mit dem Namen SELF-PRUNING 6A (SP6A) gebildet. Dieses signalisiert der Pflanze, Knollen zu bilden, um auf Kälteperioden vorbereitet zu sein. Ist es jedoch sehr warm – in den Laboren machten die FAU-Wissenschaftler um Prof. Dr. Uwe Sonnewald als Grenze 29 Grad tagsüber und 27 Grad nachts aus –, schaltet die Pflanze auf eine Art Wachstumsprogramm um: Sie bildet mehr grüne Triebe und Blätter, aber weniger bis keine Knollen mehr. Hinzu kommt: Die wenigen Knollen haben einen geringeren Stärkegehalt und keimen schneller – sie sind also nicht so nahrhaft und verderben rascher.

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„Bisher war der Mechanismus, der die Knollenbildung bei Hitze verhindert, nicht bekannt“, erklärt Prof. Dr. Uwe Sonnewald, Inhaber des Lehrstuhls für Biochemie. Gemeinsam mit seinem Forschungsteam hat er nun eine kleine Ribonukleinsäure (RNA) ausgemacht, die aus etwa 19 Nukleotiden besteht und die die Knollenbildung temperaturabhängig reguliert. Bei niedrigeren Temperaturen ist sie inaktiv. Steigen die Temperaturen jedoch an, blockiert sie die Bildung von SP6A und damit das Knollenwachstum.

In einem zweiten Schritt erzeugten die Wissenschaftler Kartoffelpflanzen, in denen die Wirkung der kleinen RNA aufgehoben wurde und setzten sie hohen Temperaturen im Gewächshaus aus. Das Ergebnis: Auch bei mehr als 29 Grad bzw. 27 Grad entstanden weiterhin Knollen von guter Qualität. „Unsere Ergebnisse bieten die Chance, dass wir auch in Zukunft bei steigenden Temperaturen noch Kartoffeln anbauen können“, sagt Prof. Dr. Sonnewald. Als nächstes wollen die Forscher die Kartoffelpflanzen unter Feldbedingungen testen und prüfen, ob die Pflanzen auch unter realen Bedingungen der Hitze trotzen.

Publikation:
https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.04.027

Quelle: FAU Erlangen-Nürnberg

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