Pflanzen überziehen ihr Luftgewebe und auch einige ihrer Bodengewebe mit einer Kutikula, einer Struktur mit einem komplexen molekularen Aufbau. Verschiedene Funktionen dieser Struktur wurden in Pflanzen untersucht und umfassen den Schutz vor pflanzenfressenden Insekten, den Schutz vor Pflanzenpathogenen und den Schutz vor elektromagnetischer Strahlung. Eine weitere bekannte Funktion ist die Verhinderung von Wasserverlust aus der Pflanze bei heißen, trockenen Bedingungen. Pflanzen können auch Nährstoffe von ihrer Körperoberfläche verlieren. Im Gegensatz zum Wasserverlust kann dies jedoch unter feuchten und feuchten Bedingungen auftreten, wo die Wasseransammlung auf der Pflanzenoberfläche das Auswaschen von Nährstoffen aus der Pflanze fördert. Die Art und Weise, wie die Pflanzenkutikula vor Nährstoffauswaschung schützen kann, ist weniger bekannt als ihre Rolle bei der Verhinderung von Wasserverlust. Dies ist besonders wichtig, wenn wir darüber nachdenken, wie wir die Leistung kommerziell wichtiger Pflanzen im Feld maximieren können. In einer kürzlichen Annals of Botany Papier, das Penny von Wettstein-Knowles von der Universität Kopenhagen untersucht die Auswirkungen einer Reihe bekannter Mutanten, die die Gerstenkutikulastruktur beeinflussen in unterschiedlichem Schweregrad bei der Nährstoffauswaschung. Die Erkenntnisse in der Arbeit bieten einen Ausgangspunkt, um zu verstehen, wie wir in Zukunft das Beste aus der Gerstenkutikula herausholen können.
Die Autorin setzte Gerstenpflanzen mit normaler und mutierter Kutikula hohen Feuchtigkeitsmengen aus, indem sie sie täglich mit unterschiedlichen Regenmengen besprühte und so die Luftfeuchtigkeit erhöhte. Auf die Frage, warum sie gerade diese Auswahl an Kutikula-Mutanten getroffen habe, erklärte Penny von Wettstein-Knowles gegenüber Botany One: „Wenn man herausfinden möchte, ob die Wachskristallstruktur einen Einfluss auf ein Phänomen hat, sollte man mit Mutanten beginnen, die die größten Unterschiede aufweisen und über die möglichst viel bekannt ist, z. B. chemische Eigenschaften, Klonierung von Genen usw. Dies trifft auch auf die … zu.“ cer.c und .j Mutanten, zwei der Mutanten, die ich in der Arbeit verwendet habe. Die cer.u, .e, und .i Mutanten, die ich ebenfalls untersuche, sind andererseits Zwischenprodukte mit modifizierten Röhrenkristallen, die Phänotypen zwischen ihrer vollständigen Abwesenheit auf cer.c Mutanten und eine dichte Bedeckung ihres Wildtyps“. Der Autor nutzt die unterschiedlichen Eigenschaften dieser Mutanten, um zu untersuchen, wie verschiedene Aspekte der Gerstenkutikula unter verschiedenen Bedingungen zu ihren Funktionen beitragen können.
Unter den stärksten Regenbedingungen nahm das Kerngewicht (Samengewicht) der Kutikula-Mutantenpflanzen bei allen Kutikula-Mutantenvarianten im Vergleich zu normaler Gerste stärker ab, wenn auch in unterschiedlichem Maße zwischen den verschiedenen Mutanten. Die Anzahl der produzierten Kerne verringerte sich auch für alle bis auf eine der Mutanten. Um dies eher mit der Nährstoffauswaschung als mit anderen möglichen Nebeneffekten der Feuchtigkeitserhöhung in Verbindung zu bringen, erhöhte Wettstein-Knowles die Nährstoffverfügbarkeit sowohl für normale als auch für Cuticula-Mutantenpflanzen. Diese Erhöhung der Nährstoffverfügbarkeit konnte den Rückgang des Kernertrags durch die hohe Luftfeuchtigkeit teilweise kompensieren, aber nicht vollständig kompensieren. Der Autor misst auch den nicht stomatären Wasserverlust sowohl bei normalen Gerstenpflanzen als auch bei mutierten Gerstenpflanzen, stellt jedoch fest, dass nur zwei der Gersten-Cuticula-Mutanten Wasser mit einer wesentlich größeren Rate verlieren. Diese beiden Gerstenmutanten verlieren Wasser 18.3-mal schneller als einige der anderen hier untersuchten Gerstenlinien, was hervorhebt, dass verschiedene Cuticula-Mutanten mit unterschiedlichen Auswirkungen auf die Cuticula-Eigenschaften unterschiedliche Auswirkungen auf die Wasserretentionseigenschaften der Gerstencuticula haben.
Die in dieser Studie präsentierten Daten deuten darauf hin, dass die Gerstenkutikula – und höchstwahrscheinlich auch die Kutikula anderer Pflanzenarten – teilweise dazu dient, sowohl Wasserverluste in Trockenperioden als auch Nährstoffverluste durch Auswaschung in feuchten Perioden zu verhindern. Nur wenige der in dieser Studie verwendeten Gerstenmutanten wurden spezifischen Genen zugeordnet. Die Ergebnisse dieser Studie, insbesondere die unterschiedlichen Reaktionen der Mutantenlinien auf verschiedene Umweltbedingungen, unterstreichen die Notwendigkeit eines besseren Verständnisses der genetischen Steuerung der Kutikulabildung in wirtschaftlich wichtigen Pflanzen wie Gerste. Die Pflanzenkutikula ist somit in der Lage, Pflanzen unter verschiedenen Bedingungen vor einer Vielzahl von Problemen zu schützen, und verschiedene Merkmale ihrer Struktur scheinen zu unterschiedlichen Aufgaben beizutragen. Sie ist also nicht nur eine komplexe, sondern auch eine äußerst nützliche Struktur.
