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Prof. Dr. Romy Schmidt erforscht an der Uni Bielefeld, was Reis, Gerste und Co. überleben lässt

Wie Pflanzen den Stress erkennen

Bielefeld

Extreme Trockenheit, danach Starkregen und Überschwemmungen, Nährstoffmangel oder durch zu viel Dünger versalzene Böden: Vieles setzt Pflanzen zu. „Sie haben Stress und können nicht weglaufen“, sagt Prof. Dr. Romy Schmidt.

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Auch heimische Getreidesorten wie Gerste müssen mit Trockenheit, auf die oft starke Regenfälle folgen, klarkommen. Das ist für Pflanzen Stress. Romy Schmidt will sie stressresistenter machen. Foto:

Die 38-Jährige lehrt und forscht seit September an der Universität Bielefeld in der Pflanzenbiotechnologie. Sie untersucht vor allem, welche Gene und molekularen „Schalter“ unter Stressbedingungen wichtig für das Überleben von Pflanzen sind. Schon in ihrer Dissertation am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam hat sie an Reis geforscht. An der Uni Bielefeld ist die „Lieblingspflanze“ der Biologen, Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand), ihr Objekt.

Üblicherweise wird im Labor mit nur einem Stressfaktor gearbeitet. Romy Schmidt hingegen mutet ihren Pflanzen – wie in der Natur – zwei Stressfaktoren zu, fügt der Überflutung etwa noch Salzstress hinzu.

Bei Überflutung fehlt der Pflanze Sauerstoff

„Mich interessiert, wie die Pflanze den Stress erkennt und wie sie reagiert“, erklärt die Biologin. Bei Überflutungen etwa fehlt Pflanzen Sauerstoff, den sie für ihre Energieproduktion benötigen. „Sie stellen dann ihre Stoffwechselvorgänge um, um Energie zu sparen.“ Ebenso weiß man, dass Pflanzen weniger wachsen, um zu überleben. Mehr Toleranz gegenüber einem Stressfaktor führt allerdings oft zu weniger Toleranz gegenüber einem anderen.

Romy Schmidt schaut sich an, wie sich der Stoffwechsel verändert und was auf der genetischen Ebene passiert, welche Signale gegeben, welche „Schalter“ aktiviert werden – oder eben nicht. Dabei schaut sie auch auf „Spezialisten“, deren Gene sie in Arabidopsis einbauen will.

Woran man denken könnte, verdeutlicht sie am Spezialisten „Salicornia“, mit dem Schmidt allerdings nicht arbeitet. Salicornia, auch Queller oder Meerfenchel genannt, wächst an Meeresküsten oder auf salzigen Böden des Binnenlandes und ist extrem salzresistent. „Die Pflanze verträgt gar kein pures Süßwasser.“ Allerdings: Die Salztoleranz geht zu Lasten des Größenwachstums. Ihr „Salztoleranz-Gen“ wäre aber für manche Pflanze hilfreich.

Gen-Bibliothek für Reis

Ebenso gibt es Arabidopsis an extremen Standorten wie etwa am Himalaya, wo sich die Pflanze individuell an die jeweiligen Bedingungen anpassen muss. Das führt zu genetischen und physiologischen Veränderungen. „Das Einbringen von Genvarianten aus diesen Ökotypen in den bei uns heimischen Ökotyp könnte die Toleranz verstärken“, erklärt die Biologin.

Letztlich hat sie Nutzpflanzen im Blick. Wenn sie an Reis, ihrer zweiten Modellpflanze, forscht, denkt sie auch an Gerste, Weizen, Mais und Hirse. „Der Vorteil: Für den Reis gibt es eine Gen-Bibliothek. Man weiß, wo man anklicken muss, um eine Veränderung zu bewirken.“ Dahinter steht die Idee, auch andere Getreidesorten gentechnisch so auszustatten, dass sie mit schwierigen Umweltbedingungen klarkommen.

„Ich möchte verhindern, dass Pflanzen auf Sparflamme umschalten“, erklärt Romy Schmidt. Dafür werden im Labor mit gentechnischen Methoden DNA-Information eingeschleust oder eine Mutation gezielt angestoßen. Im Freiland bleibt nur das Einkreuzen, um durch Züchtung Toleranz-Gene in Pflanzen einzubringen – was ein langwieriger Prozess ist.

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