Das Sprichwort „Reis ist Leben“ bezieht sich auf seine Bedeutung und die Tatsache, dass der Reis die halbe Welt ernährt. Die drittgrößte Umweltbelastung für Reis ist das Untertauchen (z. B. die gesamte Pflanze unter Wasser). Einige Reis-Genotypen begrenzen strategisch die Stammverlängerung und treten in das sauerstoffarme Ruhesyndrom ein, um ihre Energieversorgung während des Untertauchens und der Erholung nach dem Untertauchen aufrechtzuerhalten.

Eine Gruppe von sieben Wissenschaftlern unter der Leitung von Dr. Chakraborty und Akankhya Guru ICAR – Nationales Reisforschungsinstitut (Indien) und der Indira Gandhi Agricultural University (Indien), untersuchten die Bedeutung des genetischen Hintergrunds, des Blattgasfilms und der Hydrophobizität von 12 Reis-Genotypen, während sie untergetaucht wurdenDie Forscher stellten fest, dass Reisgenotypen mit SUB1-Genen im Vergleich zu Nicht-SUB1-Genotypen einen dickeren Blattgasfilm und mehr Epikutikularwachs aufweisen, was die Differenzierung von überflutungstoleranten Sorten ermöglicht.

Reisblätter sind mit einer Art hydrophobem Wachs beschichtet, das einen Blattgasfilm erzeugt. Dieser Film hilft bei der Atmung und Photosynthese unter Wasser. Reispflanzen haben unter allen Getreidearten den dicksten Blattgasfilm auf beiden Seiten der Blätter. Das Schlüsselgen für die Submerge-Toleranz ist SUB1A-1 innerhalb der SUB1-QTL-Region. Das Gen unterdrückt die Wirkung des Pflanzenhormons Ethylen, das die Stängelverlängerung einschränkt.

Ein Bauer, der Reis in einem Reisfeld pflanzt.
Das Umpflanzen von Reis in nasse Reisfelder reduziert den Sämlingsverlust, aber Überschwemmungen können zum Untertauchen von Pflanzen führen. Quelle: canva

Die Forscher bauten 12 und 2017 bei ICAR 2018 Reis-Genotypen an. Insgesamt wurden 240 Töpfe mit drei 25 Tage alten Pflanzen unter 100 cm Wasser getaucht. Der Blattgasfilm wurde von der Hälfte der Töpfe entfernt, indem die Blätter mit in TritonX-100-Tensid getränkten Wattebällchen gebürstet wurden. Nach 14 Tagen Eintauchen wurden Blattgasfilmdicke, Gewebeporosität und Blattdichte gemessen. Die Geschwindigkeit des Abbaus des Blattgasfilms wurde an sieben aufeinanderfolgenden Tagen für jeden Genotyp separat zusammen mit der Blatthydrophobie und dem epikutikulären Wachsgehalt gemessen. Die Forscher zeichneten auch das Pflanzenüberleben, die Dehnungsfähigkeit, den Ethylen- und den Gesamtchlorophyllgehalt auf. Genotypisierung und Genexpression der Blattgasfilm1 (LGF1) Gen, das mit der epikutikulären Biosynthese assoziiert ist, wurden verwendet, um auch submergenztolerante und anfällige Genotypen zu unterscheiden.

Eine typische Darstellung der SUB1-beeinflussten Genwirkung, die zu einer erhöhten Blatthydrophobie bei Sub1- (linkes Feld) und Nicht-Sub1-Reis-Genotypen (rechtes Feld) führt. Eine erhöhte Blatthydrophobie führt zu einer größeren Blattgasfilmdicke beim Eintauchen, was zu einer besseren Ethylenventilation und einer geringeren Bioakkumulation von Ethylen beiträgt und die Eintauchtoleranz in Reis unterstützt. Quelle: Chakraborty et al. 2020

Alle 12 Genotypen hatten die SUB1-QTL-Region, aber sechs von ihnen hatten das SUB1-Gen. Die Dicke des Blattgasfilms war bei SUB1-Genotypen signifikant höher, aber Blattporosität und Blattdichte zeigten keine klaren Muster zwischen den Genotypen. Am fünften Tag des Eintauchens verschwand der Blattgasfilm bei Nicht-SUB1-Genotypen, während SUB1-Genotypen den Film länger behielten. Der epikutikuläre Wachsgehalt und die Expression seines verantwortlichen Gens waren auch der Schlüssel zur Differenzierung submersionstoleranter Genotypen. Die Entfernung des Blattgasfilms verringerte das Überleben der Pflanzen und veränderte das Ausmaß der Ethylenproduktion bei diesen Genotypen erheblich.

„Eine schnellere Induktion von untertauchinduzierten Genen und eine erhöhte Ansammlung von Ethylen nach der LGF-Entfernung legen nahe, dass das Vorhandensein von LGF nicht nur als physische Barriere für die Stresswahrnehmung fungiert, sondern auch als Medium für die Ethylenventilation während der Untertauchperiode dient“, Chakraborty, Guru und Kollegen schrieb. „Die Entfernung davon führt also zu einem teilweisen Verlust der bekannten Ruhefunktion von SUB1 und der gesamten Untertauchtoleranzfähigkeit in Reis.“