Forscher der Universität Tel Aviv haben einen Durchbruch in der Landwissenschaft verkündet. Sie entwickeln Tomatensorten mithilfe der CRISPR-Genbearbeitungstechnologie, die trotz geringerem Wasserbedarf hohe Erträge erzielen. Diese Innovation zielt auf die entscheidende Herausforderung ab, den Ertrag von Nutzpflanzen unter trockenen Bedingungen zu steigern. In Anbetracht der globalen Erwärmung und der zunehmenden Knappheit von Süßwasser wird dieses Thema immer wichtiger.
Unter der Leitung von Professor Shaul Yalovsky und Nir Sade vom Fachbereich Pflanzenwissenschaften und Ernährungssicherheit an der Universität Tel Aviv arbeitete das interdisziplinäre Team auch mit dem ehemaligen Doktoranden Maliikarjuna Rao Puli und der Doktorandin Purity Muchoki zusammen. Wissenschaftler der Ben-Gurion-Universität und der University of Oregon waren ebenfalls an der Forschung beteiligt. Die Ergebnisse ihrer Arbeit wurden in der renommierten Zeitschrift PNAS veröffentlicht.
Das Forscherteam betonte, dass aufgrund der globalen Erwärmung und der abnehmenden Süßwasserreserven eine zunehmende Nachfrage nach Pflanzen besteht, die weniger Wasser verbrauchen, ohne dabei hohe Erträge einzubüßen. Sie erklärten, wie Pflanzen den Wasserverlust und die Aufnahme von Kohlendioxid durch die Stomata auf ihren Blättern regulieren, ein Prozess, der unter Trockenheitsbedingungen kritisch gestört wird.
Die Forschung konzentrierte sich auf das ROP9-Gen, das eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Öffnung und Schließung der Stomata spielt.
„Wir haben entdeckt, dass die Eliminierung des ROP9-Gens mithilfe der CRISPR-Technologie zu einer teilweisen Schließung der Stomata führt, die besonders zur Mittagszeit deutlich sichtbar ist“, erklärte Yalovsky. „Dieser Effekt ist zur Mittagszeit am stärksten, wenn die Rate des Wasserverlusts durch Transpiration am höchsten ist. Im Gegensatz dazu konnten wir am Morgen und Nachmittag, wenn die Transpirationsrate niedriger ist, keinen signifikanten Unterschied im Wasserverlust zwischen den Kontrollpflanzen und den genetisch veränderten Pflanzen ohne das ROP9-Gen feststellen. Indem die Stomata am Morgen und Nachmittag offen gehalten werden, konnten die Pflanzen eine ausreichende Menge Kohlendioxid aufnehmen, um einen Rückgang der Zuckerproduktion durch Photosynthese zu verhindern, selbst während der Nachmittagsstunden, in denen die Stomata in den modifizierten Pflanzen stärker geschlossen waren.“
Umfangreiche Feldexperimente zeigten, dass genetisch veränderte Pflanzen ohne das ROP9-Gen keine Kompromisse bei der Photosynthese, der Erntequantität und -qualität einschließlich des Zuckergehalts in den Früchten aufwiesen. Darüber hinaus wurde in der Forschung ein neuartiger Mechanismus zur Regulierung der Stomataöffnung im Zusammenhang mit reaktiven Sauerstoffspezies identifiziert.
Sade betonte die breite Bedeutung ihrer Erkenntnisse und erklärte in einer Pressemitteilung: „Es gibt eine signifikante Ähnlichkeit zwischen dem ROP9-Gen in Tomaten und den ROP-Proteinen, die in anderen Kulturpflanzen wie Paprika, Auberginen und Weizen vorkommen.“
Er fügte hinzu, dass diese Ähnlichkeit darauf hindeutet, dass die in dieser Arbeit entdeckten Prinzipien zu einer Entwicklung von Kultursorten führen könnten, die Wasser effizienter nutzen, und somit eine vielversprechende Lösung für die Landwirtschaft unter trockenen Bedingungen darstellen können. Weitere Informationen zur Forschung finden Sie in dem Artikel auf der Website https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2309006120.