Die Stickstoffgewinnung ist für einige Pflanzen ein Problem, nicht jedoch für Hülsenfrüchte, die dank Wurzelknöllchen Stickstoff im Boden binden können. Für Leguminosen ist es eher ein Problem, genügend Kohlenstoff zu bekommen, um den Stickstoff zu verarbeiten, daher kontrollieren sie ihre Anzahl an Knollen durch einen Autoregulationsmechanismus. Einige mutierte Pflanzen sind „superknotig“, und es wird angenommen, dass diese kohlenstoffbegrenzt sind. Was passiert also mit ihnen bei erhöhten Kohlenstoffkonzentrationen von Kohlendioxid in der Atmosphäre? Yunfa Qiao und Kollegen in China und Australien, verglichen die Antworten von Medicago truncatula Super-Knötchen-Mutanten (Sonne-4 und rdn1-1) und Wildtyp bis fünf CO₂ Konzentrationen (300–850 μmol mol^-1), herausfinden.

Zu wissen, wie Pflanzen auf erhöhtes Kohlendioxid reagieren, ist wichtig, da es die Photosynthese stimulieren kann. Aber wenn Pflanzen keinen Zugang zu anderen Nährstoffen haben, kann die erhöhte Photosynthese andere Probleme verursachen. Ein Rätsel ist, wie Hülsenfrüchte mit ihrer Fähigkeit, Knötchen zu entwickeln, um das erhöhte Kohlendioxid zu nutzen, auf zukünftige Bedingungen reagieren werden.

Qiao und Kollegen verglichen zwei Super-Nodulations-Mutanten von M. truncatula oder Fassklee, Sonne-4 und rdn1-1 und ein Wildtyp, um zu sehen, wie sich die Stickstofffixierung als Reaktion auf erhöhte Kohlendioxidkonzentrationen veränderte. Sie bauten die Pflanzen in fünf verschiedenen Kohlendioxidkonzentrationen an. Sie untersuchten dann die Knötchenbildung und die Stickstofffixierung XNUMX und XNUMX Tage nach der Aussaat.

Alle Pflanzen erhöhten die Biomasse, die Anzahl der Knollen und den gebundenen Stickstoff mit zunehmendem Kohlendioxid – bis zu 700 Teile pro Million. Aber den Mutanten erging es anders. Der rdn1-1 Mutanten tendierten zu einer etwas besseren Leistung als der Wildtyp. Aber die Sonne-4 Mutante schnitt schlechter ab.

„Der auffälligste Unterschied wurde in der Unfähigkeit der gesehen Sonne-4 Mutante, um ihre reduzierte Sprossbiomasse unter eCO zu kompensieren₂, Während die rdn1-1 Mutante übertraf die im WT A17 beobachtete Zunahme der Sprossbiomasse“, schreiben und Kollegen. „Ebenso wie die rdn1-1 Mutante zeigte das höchste Gesamt-N₂ Fixierung, insbesondere unter eCO₂ (z. B. 700 μmol mol^-1). Dies korrelierte stark mit der Zunahme der Sprossbiomasse… Im Gegensatz dazu war die Sonne-4 Mutante hatte Mühe, die Sprossbiomasse mit zunehmendem N zu erhöhen₂ Fixierung sowie durch einen niedrigeren Gesamt-N gekennzeichnet₂ Fixierung pro Pflanze. Daher schlussfolgern wir, dass der Phänotyp der Sonne-4 Mutante, ähnlich wie die entsprechenden Mutanten in der Sojabohne…, ist aufgrund der spezifischen Mutation in der nicht mit der C-Versorgung verbunden SONNE/NARK Gen."

FORSCHUNGSARTIKEL

Qiao Y, Miao S, Jin J, Mathesius U, Tang C. 2021. Differenzielle Reaktionen der sunn4 und rdn1-1 Super-Knötchen-Mutanten von Medicago truncatula zu erhöhtem atmosphärischem CO2. Annals of Botany 128: 441-452. https://doi.org/10.1093/aob/mcab098