Genetische Mechanismen untersucht Raps unter Bor-Out – Wie ein Mangel an Bor die Pflanzen stresst

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Ohne ausreichend Bor im Boden geraten Raps und ähnliche Pflanzen unter Stress. Sie reagieren dann so wie bei Infektionen und Schädlingsbefall und verlieren ihre Blüten. Nun haben Forscher die genetischen Mechanismen untersucht, welche zum Absterben der Blüte führen. Diese stellen die Wissensbasis für widerstandsfähigere Züchtungen dar und könnten helfen, Ertragsverluste zu minimieren.

Raps und verwandte Pflanzen haben einen hohen Bedarf an dem Spurenelement Bor. Obwohl man ihnen einen Bormangel äußerlich lange nicht ansieht, 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.

Pflanzenzucht

Genetischer Schalter für höheren Rapsertrag

Boreffiziente Pflanzen für sichere 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“, erklärt 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“, sagt Pflanzenforscher Bienert. Er hält eine ausreichende Borversorgung für die Ertragsstabilität von Kulturpflanzen besonders bei Wasserknappheit für extrem wichtig.

Originalpublikation:

Verwaaijen, B., Alcock, T.D., Spitzer, C., Liu, Z., Fiebig, A., Bienert, M.D. et al.: The Brassica napus boron deficient inflorescence transcriptome resembles a wounding and infection response. Physiologia Plantarum, Physiologia Plantarum, Volume 175, Issue 6, First published: 06 December 2023; DOI: 10.1111/ppl.14088

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