Die Bodenversalzung stellt weltweit ein zunehmendes Problem für die Landwirtschaft dar und beeinträchtigt Pflanzenwachstum und Ernteerträge. Obwohl sie hauptsächlich in semiariden Regionen auftritt, könnte die Bodenversalzung bis zum Jahr 2050 aufgrund des Klimawandels und unzureichender Bewässerungsmethoden über 50 % der globalen Ackerfläche betreffen. Glücklicherweise verfügen salztolerante Pflanzen über Mechanismen, um osmotischen und oxidativen Stress durch hohe Salzkonzentrationen zu mindern. Dies geschieht durch eine effizientere Regulierung des Ionen- und Wassertransports, wodurch der Wasserverlust der Pflanzen reduziert und die Wasseraufnahme maximiert wird. Eine der Haupteigenschaften, die der Salztoleranz zugrunde liegen, ist das Vorhandensein von Aquaporinen (AQPs), einer Proteinfamilie, die den Wassertransport durch Zellmembranen ermöglicht. Dennoch erfolgt die Selektion salztoleranter Pflanzen in Züchtungsprogrammen an vielen Standorten, die anfällig für Bodenversalzung sind, häufig durch zeitaufwändige und mühsame Feldversuche. Der Einsatz molekularer Marker bietet das Potenzial, die Selektionsverfahren zu unterstützen.

(A) Kontroll- und salzbehandelte Baumwollpflanzen, die in der Studie gezüchtet wurden. (B) Infrarot-Gasanalysator, der zur Messung der Gasaustauschraten von Blättern verwendet wird. Bildnachweis: Braz et al.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in AoBP, Braz et al. zeigen, dass drei Aquaporine zuverlässige Werkzeuge sind, um Baumwoll-Genotypen zu identifizieren, die gegenüber Salzstress tolerant sind, basierend auf der Expression von qPCR-Transkripten. Sieben Baumwollsorten wurden 72 h lang einem hohen Salzstress ausgesetzt und mit Kontrollpflanzen verglichen. Nach der Stressbehandlung führten die Autoren Messungen des Blattgasaustausches durch und sammelten Proben für molekulare Analysen. Eine konsistente Herunterregulierung der AQP-Expression wurde in salztoleranten Genotypen gefunden, dh solchen, die in der Lage waren, die Photosyntheseraten unter Salzstress aufrechtzuerhalten. Abschließend empfehlen die Autoren die GhPIP1;1- und GhTIP2;1-Aquaporine, die sich auf den Plasma- bzw. Vakuolenmembranen befinden, als zuverlässige Marker für die Identifizierung von Baumwoll-Genotypen, die gegenüber Salzstress tolerant sind.

Forscher-Highlight

Roseane C. Santos ist Agronomin mit einem Master in Pflanzenzüchtung von der Bundesuniversität von Pernambuco (UFRPE) und einem Doktortitel in Molekularbiologie von der Universität Brasília (UNB), beide in Brasilien. Seit Beginn ihrer Karriere konzentriert sie sich auf die Forschung zur Pflanzenabwehr durch natürliche Ressourcen. Roseane ist Forscherin bei der brasilianischen Agrarforschungsgesellschaft Embrapa und leitet ein multidisziplinäres Team aus Wissenschaftlern und Doktoranden, das sich mit der Pflanzenzüchtung und Biotechnologie von Öl- und Faserpflanzen zur Verbesserung der Toleranz gegenüber abiotischen Stressfaktoren befasst. In den letzten zehn Jahren hat sich Roseane der Forschung an transgener Baumwolle und den Möglichkeiten des Einsatzes molekularer Marker als Selektionshilfen für Trockenheits- und Salztoleranz gewidmet.

Roseane ist Beraterin für Doktoranden der Agronomie (Federal University of Paraiba, UFPB), der Agrarwissenschaften (Paraiba State University, UEPB) und der genetischen Verbesserung von Pflanzen (UFRPE). Sie ist Autorin von Büchern und Kapiteln zu Themen wie genetische Verbesserung, Pflanzenökophysiologie, Anbaumanagement und Ernährung.