Bormangel: Raps reagiert wie bei Infektionen und Schädlingsbefall

Genetische Mechanismen aufgedeckt…

Bormangel wirkt sich verheerend auf Raps und verwandte Pflanzen aus. Dennoch ist bisher wenig über die zugrundeliegenden genetischen Mechanismen bekannt. Eine Studie zeigt, dass die Reaktion auf anhaltenden oder akuten kurzzeitigen Bormangel ähnlich zu der auf Schädlinge und Infektionen ist. Die Ergebnisse legen die Grundlage für die Züchtung von Pflanzen, die besser mit Bormangel umgehen können, und für die Vermeidung von Ertragsverlusten, die durch Bormangel verursacht werden.

• Raps reagiert während der Blüte auf Bormangel ähnlich wie auf Schädlinge und Infektionen
• Bormangel könnte durch Klimawandel zunehmend zum Problem werden
• Studie legt die Grundlage für die Zucht von boreffizienteren Pflanzen

Raps und verwandte Pflanzen haben einen hohen Borbedarf. Einen Bormangel sieht man den betroffenen Pflanzen äußerlich lange nicht an, insbesondere in der Wachstumsphase vor der Blüte. Trotzdem hat dieser schwerwiegende Folgen: Zuerst hemmt der Mangel das Wurzelwachstum, dann verkümmern die Blüten und sterben schließlich vorzeitig ab. Enorme Ertragsverluste können damit verbunden sein. Um die zugrundeliegenden Mechanismen zu verstehen, haben Forschende der Technischen Universität München (TUM), der Universität Bielefeld, und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) untersucht, welche Gene bei Bormangel und welche bei ausreichender Versorgung aktiv sind.

In einem ersten Schritt reagieren die Pflanzen auf Bormangel, indem sie mehr Transportproteine produzieren, die den Nährstoff aufnehmen. Bei andauerndem Mangel rückt jedoch in den sich entwickelnden und ertragsrelevanten Blüten eine Stressreaktion in den Vordergrund. Diese ähnelt der Reaktion auf Schädlingsangriffe, Verwundung oder Infektionen und führt zum Absterben der betroffenen Blüten. Noch ist unbekannt, ob es sich dabei um eine gezielte Reaktion der Pflanze handelt, um Ressourcen für eine potenziell später mögliche Blütenbildung einzusparen oder, ob der Signalweg zufällig ausgelöst wird. Sowohl Bormangel als auch Infektionen schädigen pflanzliche Zellwände. Diese Zellwandschädigungen könnten als „gleichgeartetes“ Signal wahrgenommen und verarbeitet werden.

Boreffiziente Pflanzensorten sichern Erträge

Durch den Klimawandel könnte Bormangel künftig noch häufiger werden. In Zentraleuropa werden Winter mit mehr Niederschlägen sowie anhaltende Trockenperioden im Frühjahr und Sommer erwartet. Dies führt dazu, dass wasserlösliche Nährstoffe im Winter verstärkt ausgewaschen werden. Im Frühjahr fehlt es an Bodenfeuchtigkeit, damit die Pflanzen den Nährstoff aufnehmen können. Unter diesen Bedingungen kann das Nährstoffdefizit nur schwer durch gezielte Düngung ausgeglichen werden.

„Entweder erreicht das Bor im Boden die Pflanze nicht, oder bereits unerkannt fortgeschrittener Bormangel führt zu Schädigungen der Leitbahnen für Wasser und Nährstoffe. Dadurch kann ausgebrachtes Bor nicht mehr zu den Stellen in der Pflanze transportiert werden, an denen es benötigt wird“, so Prof. Gerd Patrick Bienert von der TUM-Professur für Crop Physiology.

Pflanzensorten zu entwickeln, die entweder effizient mit Bor umgehen können oder sowohl wasser- als auch boreffizient sind, kann künftige Erträge sichern. Die Erkenntnisse der Forschenden liefern einen Beitrag dazu, wo mögliche Ansatzpunkte in der Pflanzenzüchtung sein könnten. „Die Identifikation und züchterische Verwertung von Boreffizienzmechanismen und der Anbau von boreffizienten Sorten werden im Kontext des Klimawandels an Bedeutung zunehmen. Eine ausreichende Borversorgung ist für die Ertragsstabilität von Kulturpflanzen besonders bei Wasserknappheit von essenzieller Bedeutung“, sagt Pflanzenforscher Bienert.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Gerd Patrick Bienert
Technische Universität München
Professur für Crop Physiology
patrick.bienert@tum.de
https://www.mls.ls.tum.de/cropphys

Originalpublikation:

Verwaaijen, B., Alcock, T.D., Spitzer, C., Liu, Z., Fiebig, A., Bienert, M.D. et al. (2023) The Brassica napus boron deficient inflorescence transcriptome resembles a wounding and infection response. Physiologia Plantarum, 175(6), e14088. Available from: https://doi.org/10.1111/ppl.14088

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