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Grundnahrungsmittel mit weniger Giftstoff Reispflanze sperrt Arsen in ihren Wurzeln aus

Redakteur: Christian Lüttmann

Reis ist ein entscheidend für die Welternährung. Doch die Pflanze ist besonders anfällig dafür, giftiges Arsen anzureichern. In einer Studie haben Forscher der Universitäten Heidelberg und Nanjing (China) unter 4000 Reissorten nun aber genau eine gefunden, die sich dem Giftstoff größtenteils verwehrt. Dies bietet großes Potenzial für eine sicherere Grundversorgung, gerade in Entwicklungsländern.

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Reispflanzen sind anbaubedingt besonders anfällig dafür, giftige Arsenverbindungen aus dem Wasser anzureichern (Symbolbild).
Reispflanzen sind anbaubedingt besonders anfällig dafür, giftige Arsenverbindungen aus dem Wasser anzureichern (Symbolbild).
(Bild: gemeinfrei, Pexels / Pixabay )

Heidelberg, Nanjing/China – Reis ist als Grundnahrungsmittel nicht wegzudenken und sichert besonders in Entwicklungsländer die Ernährung von Milliarden Menschen. Doch der landwirtschaftliche Anbau birgt das Risiko einer Belastung mit Arsen. Das toxische Halbmetall kann über die Wurzeln in die Reiskörner gelangen.

Ein deutsch-chinesisches Forschungskonsortium unter der Leitung von Prof. Dr. Rüdiger Hell vom Centre for Organismal Studies (COS) der Universität Heidelberg und Prof. Dr. Fang-Jie Zhao von der Landwirtschaftlichen Universität Nanjing (China) hat nun über 4.000 Reisvarianten untersucht und ist fündig geworden: Sie entdeckten eine Pflanze, die dem Giftstoff trotzt. Obwohl sie auf arsenbelasteten Feldern gedeiht, enthalten ihre Körner deutlich weniger Arsen als andere Reispflanzen.

Reisanbau und Arsen

Wie die Forscher der Studie erläutern, gelangen vor allem in asiatischen Anbaugebieten zunehmend größere Mengen Arsen ins Grundwasser, etwa infolge von großflächigen Düngungen oder über Klärschlamm. Da Reis auf gefluteten Feldern angebaut wird, saugt er über die Wurzeln besonders viel des giftig wirkenden Halbmetalls auf. Auf diese Weise gelant der potenziell krebserregend Stoff in die Nahrungskette. Die Arsenbelastung in einigen asiatischen Böden ist laut Studienleiter Hell mittlerweile so hoch, dass sie zu bedeutenden Ernteverlusten führt, da Arsen auch für die Pflanzen selbst giftig ist.

Mutante trotzt dem Giftstoff

Die Reispflanze Astol-1 reichert weniger Arsen in den Körnern an als die meisten anderen Reisvarianten.
Die Reispflanze Astol-1 reichert weniger Arsen in den Körnern an als die meisten anderen Reisvarianten.
(Bild: Sheng-Kai Sun / Nature Communications)

Die von Hell und seinem Team identifizierte Reissorte, die dem Giftstoff gegenüber besonders tolerant ist, trägt den Namen Astol-1. Sie hebt sich durch eine Punktmutation in nur einem Protein von den anderen über 4000 untersuchten Reisvarianten ab: „Dieses Protein ist Teil eines Sensor-Komplexes und kontrolliert die Bildung der Aminosäure Cystein, die ein wichtiger Grundstoff für die Herstellung von Phytochelatinen ist. Diese Substanzen besitzen eine entgiftende Wirkung und werden von Pflanzen als Reaktion auf Schadstoffe gebildet, um diese zu neutralisieren“, erklärt Hell. Das neutralisierte Arsen wird in die Wurzeln der Pflanze ausgelagert, bevor es die essbaren Reiskörner erreicht und dem Menschen gefährlich werden kann.

Ein Drittel weniger Arsen

Im Feldversuch enthielten Astol-1-Reiskörner ein Drittel weniger Arsen als herkömmliche Reiskörner, die ebenfalls arsenhaltigem Wasser ausgesetzt waren. Die Forscher fanden zudem einen um 75 Prozent erhöhten Anteil des lebensnotwendigen Spurenelements Selen, das etwa an der Produktion von Schilddrüsenhormonen beteiligt ist. Hinsichtlich der Kornausbeute unterscheidet sich Astol-1 nicht von gängigen Hochertrag-Reisvarianten. Diese Pflanze eignet sich nach Meinung der Wissenschaftler daher in besonderer Weise für eine landwirtschaftliche Nutzung.

„In der Zukunft könnten Reispflanzen wie Astol-1 in arsenbelasteten Regionen zur Ernährung der Bevölkerung eingesetzt werden und zugleich einen Beitrag zur Bekämpfung von ernährungsbedingtem Selenmangel leisten“, fasst Dr. Sheng-Kai Sun von der Landwirtschaftlichen Universität Nanjing zusammen, der an der Entdeckung der Reisvariante mit beteiligt war.

Originalpublikation: S.K. Sun, X. Xu, Z. Tang, X.Y. Huang, M. Wirtz, R. Hell, F.J. Zhao: A molecular switch in sulfur metabolism to reduce arsenic and enrich selenium in rice grain, Nature Communications volume 12, Article number: 1392 (2021); DOI: 10.1038/s41467-021-21282-5

(ID:47218048)