Pflanzenforschung

Eingefrorene Arabidopsis-Pflanze. Diese Pflanze wurde unter speziellen Laborbedingungen eingefroren. Arabidopsis ist aber auch in der Lage, unter natürlichen Bedingungen im Freiland zu überwintern.

Warum Pflanzen nicht erfrieren

Viele Pflanzen der gemäßigten Breiten sind in der Lage, während einer Akklimatisierungsphase von mehreren Tagen bis Wochen bei Temperaturen knapp über dem Gefrierpunkt ihre Frosttoleranz deutlich zu erhöhen. In der Natur findet dieser Prozess im Herbst statt und bereitet die Pflanzen auf das Überleben im Winter vor. Diese Akklimatisierungsfähigkeit ist seit langem bekannt und die ihnen zugrunde liegenden physiologischen und genetischen Mechanismen wurden vielfach untersucht. Sie haben gezeigt, dass die Akklimatisierung von komplexen Veränderungen in der Expression von Genen und Gengruppen begleitet ist. Wie viele und welche Gene an der Anpassung einer Pflanze an niedrige Temperaturen beteiligt sind, war bisher jedoch unbekannt

Die Potsdamer Max-Planck-Forscher haben die Expression aller Gene von Arabidopsis thaliana, der Ackerschmalwand, mithilfe von DNA-Chips untersucht. Die DNA-Chip- oder Mikroarray-Technik ist inzwischen weit fortgeschritten und erlaubt es, die Aktivität aller Gene eines Organismus in einer einzigen Messung zu bestimmen. Da das Arabidopsis-Genom vollständig sequenziert ist, eignet sich die Pflanze besonders gut für Experimente, bei denen die gesamte Regulation der Genexpression untersucht werden soll.

Arabidopsis zeigt eine gute Kälteakklimatisierung. Nach 14 Tagen bei 4°C stellten die Forscher fest: die Expression bei mehr als 2000 Genen ist signifikant verändert. Das sind fast zehn Prozent aller untersuchten Gene. Die Zuordnung der identifizierten Gene zu funktionellen Gruppen erlaubt nun Rückschlüsse auf wichtige, bisher nicht identifizierte physiologische Anpassungsmechanismen und legt erstmals offen, welche Prozesse in Pflanzen bei der Vorbereitung auf die Überwinterung dominieren. Diese Informationen sind nicht nur wichtig, um die Anpassung von Pflanzen an natürliche Winterbedingungen besser zu verstehen, sondern auch, um die Frosttoleranz von Nutzpflanzen züchterisch gezielt verbessern zu können.