Baum-Gen beschleunigt Pflanzenwachstum bei wechselndem Licht

Sie wissen, dass Blätter im Sonnenlicht am besten Photosynthese betreiben. Manche Blätter haben das Glück, im Sonnenlicht zu stehen, andere sind im Schatten weniger produktiv. Manche haben das Problem, dass sie sowohl in der Sonne als auch im Schatten stehen können, je nachdem, wie sich das, was den Schatten wirft, bewegt. Und jedes Mal, wenn sie sich von der Dunkelheit ins Licht oder von Licht in die Dunkelheit bewegen, verschwenden die Blätter Energie, um sich an ihre neuen Bedingungen anzupassen. Nun haben Feyissa und Kollegen herausgefunden, ein Gen, das sie BOOSTER (BSTR) das Pflanzen hilft, mit wechselnden Lichtverhältnissen zurechtzukommen. Es kommt in Pappeln vor, aber das Team fand heraus, dass auch andere Pflanzen wie Arabidopsis können es auch nutzen und wenn sie das tun, wirkt es wie ein Kompressor für die Photosynthese.

Die Magie des BOOSTER Das Gen hilft Pflanzen, Lichtenergie zu verwalten, indem es die nicht-photochemisches Abschrecken (NPQ)-Reaktionen. Wenn ein Blatt von der Dunkelheit ins Licht wandert, bekommt es tatsächlich mehr Licht, als es verkraften kann. NPQ hilft einer Pflanze, mit hellem Licht umzugehen, indem es es in Wärme umwandelt, die die Pflanze abstrahlen kann. Dadurch wird verhindert, dass übermäßiges Licht die Pflanze schädigt. Das Problem ist, dass das Ein- und Ausschalten von NPQ Zeit und Energie kostet. Die BOOSTER Das Gen beschleunigt diesen Prozess und ermöglicht es der Pflanze, Licht mit mehr Kraft in Nahrung umzuwandeln.

Das BOOSTER Das Gen kommt nur in Pappeln vor, aber Feyissa und seine Kollegen fragten sich, ob es auch bei anderen Pflanzen funktionieren könnte. Sie testeten BOOSTER indem man es in Arabidopsis thaliana, eine Modellpflanze zur Untersuchung von Genen. Sie fanden heraus, dass Arabidopsis Pflanzen mit der BOOSTER Gen wuchs dreimal größer als Standardpflanzen und produzierte 50% mehr Samen. Der Erfolg des Gens in einer entfernt verwandten Pflanze zeigt, dass BOOSTER könnte vielen weiteren Pflanzen als nur der Pappel zugute kommen.

Die Studie war das Ergebnis der Untersuchung von über 700 verschiedenen Pappelarten. Die Wissenschaftler beobachteten, wie die Bäume unter natürlichen Bedingungen wuchsen und analysierten sie dann, um herauszufinden, welche Bäume aktivere BOOSTER-Gene hatten. Feyissa und seine Kollegen wählten die vielversprechendsten Bäume aus, um sie sowohl im Freiland als auch in Gewächshäusern eingehend zu untersuchen, wo die Forscher alles von der Photosyntheserate bis hin zu Wachstumsmustern verfolgten.

Pflanzen verlieren überraschend viel Energie, wenn sie zwischen Sonne und Schatten hin- und herwandern. Der Verlust kann noch viele Minuten anhalten, nachdem ein Blatt beschattet wurde, was die Photosyntheserate und damit das Wachstumspotenzial verringert. Viele Pflanzenwissenschaftler betrachten die Photosynthese als einen entscheidenden Schritt zur Verbesserung der Effizienz von Nutzpflanzen. Bisherige genetische Ansätze haben jedoch nicht artenübergreifend funktioniert. BOOSTERDie breite Wirksamkeit könnte neue Forschungsarbeiten nahelegen, die zu deutlich nährstoffreicheren Nutzpflanzen führen könnten.

Feyissa, BA, de Becker, EM, Salesse-Smith, CE, Shu, M., Zhang, J., Yates, TB, Xie, M., De, K., Gotarkar, D., Chen, MSS, Jawdy, SS, Carper, DL, Barry, K., Schmutz, J., Weston, DJ, Abraham, PE, Tsai, C.-J., Morrell-Falvey, JL, Taylor, G., Chen, J.-G., Tuskan, GA, Long, SP, Burgess, SJ, & Muchero, W. 2025. Ein Orphan-Gen-BOOSTER steigert die photosynthetische Effizienz und Pflanzenproduktivität. Entwicklungszelle. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2024.11.002

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Titelbild: canva.