Reisökosysteme in den tropischen Küstengebieten sind Überschwemmungen ausgesetzt, aber Überschwemmungen sind nicht alle gleich. Manchmal werden die Pflanzen für kurze Zeit von Wasser überwältigt. Eine andere Art, wie sie Hochwasser erleben, ist das langfristige teilweise Überfluten (stagnierendes Hochwasser). Yoichiro Kato und Kollegen haben SUB1 untersucht, eine Region des Genoms, die die Submergenztoleranz in Reis verbessert. Sie wollten sehen, ob Sub1-Reissorten auch so gezüchtet werden können, dass sie stehende Überschwemmungen tolerieren.

Hochwasserszenarien. Diagramm von Yoichiro Kato.

Professor Kato erklärte, dass die Kombination der beiden Merkmale bedeutet, dass die Pflanze auf zwei sehr unterschiedliche Arten reagiert. „Landpflanzen haben im Allgemeinen zwei Strategien, um sich an Hochwasserstress anzupassen. Eine davon ist die „Ruhe“ oder teilweise Ruhephase von Pflanzen, dh der Energieverbrauch unter Wasser wird eingestellt, wie bei Tiefseefischen, die sich kaum bewegen (Energie für die Erholung nach einer Wasserrezession sparen). Die andere besteht darin, dem Hochwasserstress aktiv zu „entfliehen“ wie ein Taucher mit einem Schnorchel. Die beiden Strategien klingen wie gegensätzliche Wege, aber die natürliche Hochwasserbelastung ist immer eine Mischung aus zwei Hochwasserbelastungen. Wenn Pflanzen sich an die beiden Belastungen anpassen sollen, wie sehen dann die Anpassungsstrategien aus? Dies ist besonders eine wichtige Frage für Züchter, die Reisgenotypen verbessern wollen.“

Sie könnten sich Reisfelder für Reis als feucht vorstellen. Professor Kato sagte jedoch, dass das Untertauchen ein ernstes Problem sei. „Wir (oder zumindest Japaner) mögen heiße Quellen, oder sogar das Eintauchen unserer Beine in lauwarmes Wasser tröstet uns. Es ist zwar nicht sofort tödlich, aber niemand mag es, den Körper für lange Zeit bis zum Kinn in heißes Wasser zu legen. Eine Wassertiefe von etwa 50 % ist bereits kritisch für modernen Reis (als Folge der Pflanzenzüchtung zur Reduzierung der Höhe – Halbzwergwuchs zur Erhöhung der Standfestigkeit), was zu mehr als 50 % der Ertragsminderung führt.“

Experimente mit Sub1-Reis zeigten, dass er im Vergleich zu stagnierendem tolerantem Reis unter stagnierenden Flutbedingungen normalerweise schlecht abschneidet. Professor Kato und seinen Kollegen ist es gelungen, Sorten von Sub1-Reis zu finden, die mit anderen Reissorten konkurrieren können. Professor Kato sagte: „Da es natürlich oder vernünftig war anzunehmen, dass zwei Anpassungsmechanismen KOMPLETT entgegengesetzt sind (dh Pflanzen oder Pflanzenzüchter müssen sich für den einen oder anderen entscheiden), hat niemand jemals ernsthaft gesagt: ‚Es muss einen Weg geben, und schließlich wir werden in der Lage sein, einzigartige Reis-Genotypen zu identifizieren“, und dann an der Herausforderung gearbeitet.“

Reis unter teilweisem Eintauchen. Foto von Yoichiro Kato.

Der Reis ist bereits auf dem Weg zum Feld. Professor Kato sagte: „Vielversprechende Genotypen wurden bereits in die asiatischen Zielländer verteilt, in denen eine Kombination von Überschwemmungsstress vorherrscht. Pflanzenzüchter in jedem Land testen die allgemeine Anpassungsfähigkeit (z. B. Resistenz gegen Schädlinge/Krankheiten, Präferenz der Verbraucher für Reisfelder), und wenn es von den Landwirten direkt akzeptiert werden kann, wird es bald zur Freigabe bereit sein. Gleichzeitig haben Pflanzenzüchter in jedem Land begonnen, Kreuzungen zwischen diesen Genotypen und beliebten Sorten in ihren Ländern herzustellen.“

Während dies bedeutet, dass jetzt ein Produkt auf dem Weg zu den Landwirten ist, bleibt noch Forschungsbedarf. Bald wird es eine Anlage geben, die auf zwei verschiedene Arten auf Überschwemmungen reagiert, aber was löst eine Reaktion aus? Ist es die Geschwindigkeit des Wasserspiegelanstiegs? Professor Kato sucht nach Antworten. „Das ist wirklich eine gute Frage, die in der zukünftigen Studie beantwortet werden soll. Aber wir vermuten es. Wenn beispielsweise das Wasser allmählich ansteigt, glauben wir, dass wir versuchen, ein Periskop zu strecken, um über die Wasseroberfläche zu schauen. Aber wenn es plötzlich steigt, dann haben wir keine Anhaltspunkte, wie hoch die Wasseroberfläche ist. Glauben wir, dass wir immer noch versuchen werden, ein Periskop zu verwenden? Wir wissen auch nicht, um welche Art von Signalen es sich bei verschiedenen Arten von Überschwemmungsstress durch Pflanzen handelt. Diese Fragen müssen noch beantwortet werden.“