Die komplexen Netzwerke und Signalwege, die Pflanzen für die Bewältigung von Umweltherausforderungen in terrestrischen Umgebungen ausstatten, haben sich im Laufe der Evolution entwickelt. Pflanzen neuen Umgebungen auszusetzen, bietet Möglichkeiten zu verstehen, wie sich Pflanzen an Bedingungen außerhalb ihrer evolutionären Erfahrung anpassen. Die Raumfahrt ist eine solche Umgebung, und das Verständnis, wie Pflanzen außerhalb der Erdgrenzen funktionieren, ist auch ein wesentlicher Bestandteil der Weltraumforschung. Pflanzen reagieren auf den Weltraumflug in einer Weise, die von Art, Ökotyp, Genetik und sogar Organen abhängt. Die physiologischen Auswirkungen der Raumfahrt spiegeln sich in den Mustern der Genexpression wider. Zum Beispiel aus der Raumfahrt gewachsen Arabidopsis Wurzeln sind tendenziell kleiner, haben weniger Seitenwurzeln und eine kürzere Wurzelhaarentwicklung als ihre terrestrischen Kontrollen. Aspekte dieser Morphologien im Ökotyp Columbia (Col-0) deuten auf eine Beziehung zwischen der Herunterregulierung mehrerer Peroxidase-Gene in der Raumfahrt hin.

Die Erforschung der Reaktion der Modellpflanze Arabidopsis thaliana auf Raumflüge trägt zur Erforschung des Weltraums, zur Planetenkolonisierung und zu unserem Verständnis grundlegender molekularer Reaktionen von Pflanzen in neuen Umgebungen bei. Bildnachweise: Internationale Raumstation – http://sen.com/features/how-to-watch-and-photograph-the-international-space-station; Gewächshaus auf dem Mars – https://www.humanmars.net/2016/08/mars-greenhouse-by-nasa.html; Blütenstand von Arabidopsis – Anna-Lisa Paul; und Heatmap-Grafik des Transkriptoms im Weltraumflug aus Paul et al., (2013) BMC Plant Biology 13: 112 (Open Access/Public Domain).

In einer aktuellen Studie von sng et al. und in AoBP veröffentlicht, wurde ein raumfahrtinduziertes Gen unbekannter Funktion auf seine mögliche Beteiligung an ROS-bezogenen Funktionen in untersucht Arabidopsis Wurzeln. Ihre Analyse, wie unterschiedlich Arabidopsis Pflanzen, die auf den Weltraum reagieren, führten zur Entdeckung eines zuvor nicht charakterisierten Gens (OMG1), die konsequent im Weltraum induziert wurde. Das hat diese Recherche ergeben OMG1 gehört zur Familie der CONSTANS-ähnlichen Proteine ​​und ist an der Aufrechterhaltung des reaktiven Sauerstoffspezieswegs beteiligt, der ein wichtiges Merkmal der physiologischen Anpassung von Pflanzen an die Raumfahrtumgebung zu sein scheint. Es zeigt auch, dass Weltraumflugexperimente als Plattform zur Entdeckung neuer Genfunktionen und zur Bereitstellung weiterer Einblicke in die Biologie von Landpflanzen genutzt werden können.

Forscher-Highlight

Dr. Anna-Lisa Paul ist Forschungsprofessorin in der Abteilung für Gartenbauwissenschaften an der University of Florida im Programm Molekular- und Zellbiologie der Pflanzen. Paul ist Pflanzenmolekularbiologe und interessiert sich dafür, wie Pflanzen auf abiotischen Stress reagieren, insbesondere auf der Ebene der Genexpression. Orte, die mit der Raumfahrt verbunden sind, bieten die Möglichkeit, pflanzengenomische Reaktionen auf eine neuartige Umgebung zu untersuchen; eine, die außerhalb der evolutionären Erfahrung terrestrischer Organismen liegt. Diese einzigartige Plattform bietet einen Hintergrund, anhand dessen adaptive Strategien auf der Ebene der Genexpression beobachtet werden können, wenn sie zur Bewältigung von Stress übernommen werden de novo. Paul und ihr Kollege Robert Ferl haben zwischen 1999 und 2018 zehn Raumfahrtexperimente gestartet und analysiert, die vor allem die Auswirkungen der Raumfahrtumgebung auf die Muster der Genexpression und Signaltransduktion in der Modellpflanze untersuchten Arabidopsis thaliana.

Die aktuelle Forschung konzentriert sich auf die Bewertung der epigenomischen Reaktionen von Arabidopsisin die Raumfahrtumgebung. Paul hat der weltraumbiologischen Gemeinschaft auch als Chefredakteur der Zeitschrift Gravitational and Space Research, als Mitglied des ISS Standing Review Board, im GeneLab Science Council und als Präsident der American Society for Gravitational and Space Research gedient .