Pflanzen zeigen oft eine verminderte Fitness, wenn sie stressigen Umweltbedingungen ausgesetzt sind. Solche Bedingungen können auch die Nachkommen einer Pflanze in einem Phänomen beeinflussen, das als „transgenerationale Plastizität“ oder „transgenerationale Effekte“ bezeichnet wird. Bei Pflanzen können solche transgenerationalen Wirkungen physiologisch sein und durch die Mutterpflanze kontrolliert werden, beispielsweise durch Modifikationen des Endosperms oder der Samenschale. Generationenübergreifende Effekte können Pflanzen auf bestimmte Umweltbedingungen vorbereiten (oder „vorbereiten“), insbesondere wenn die Nachkommen wahrscheinlich ähnliche Bedingungen wie ihre Eltern erfahren. Insbesondere Hitzestress wirkt sich bekanntermaßen auf die Pflanzennachkommen aus. Es ist jedoch unklar, inwieweit solche Effekte von zeitlichen Stressmustern abhängen und ob transgenerationale Reaktionen innerhalb der Arten adaptiv und genetisch variabel sind.

Pflanzen in einem Gewächshaus in Reihen und Spalten. Blätter der Pflanzen sitzen als Rosetten über dem Boden. Viele der Pflanzen haben klare Zylinder über den Rosetten und einen Trichter. Aus dem Trichter vieler Pflanzen kommt ein Stengel mit Blüten.
Versuchspflanzen wurden unter kontrollierten Bedingungen gezüchtet und unterschiedlichen Hitzestressregimen ausgesetzt. Bildnachweis: Deng et al.

In ihrer neuen Studie veröffentlicht in AoBP, Deng et al. untersuchten die transgenerationalen Auswirkungen verschiedener zeitlicher Muster von Hitzestress in neun Arabidopsis thaliana Genotypen. Sie setzten die Pflanzen Hitzestressregimen aus, die in Zeitpunkt und Häufigkeit variierten, aber nicht in der mittleren Temperatur. Die Nachkommen dieser Pflanzen wurden dann unter kontrollierten Bedingungen sowie unter erneutem Hitzestress angezogen, mit Messungen der Pflanzenarchitektur und Fruchtbarkeit während des Wachstums der Pflanzen.

Deng et al. fanden heraus, dass das Timing von Hitzeereignissen viel wichtiger ist als ihre Häufigkeit. Dies steht im Einklang mit den Erkenntnissen der Autoren aus früheren Arbeiten mit den Elternpflanzen. Die Variation des elterlichen Stresszeitpunkts wirkte sich durchweg auf die Architektur, die Blütezeit und die Biomasse der Nachkommenpflanzen aus, während die transgenerationalen Auswirkungen der Stressfrequenz nur gering waren. Deng et al. fanden auch heraus, dass die transgenerationalen Reaktionen von Pflanzen auf Hitze mit ihrem Ursprungsklima zusammenhängen, was bedeutet, dass sie sich entwickeln können und dies wahrscheinlich bereits in der Vergangenheit getan haben. Sie schlagen vor, dass diese Ergebnisse das Potenzial natürlicher Populationen sowie von Pflanzensorten aufzeigen, sich in Zukunft an zunehmend variable Klimazonen anzupassen.

LESEN SIE DIE FORSCHUNG

Deng, Ying, Oliver Bossdorf und JF Scheepens. 2021. „Transgenerationale Auswirkungen von Temperaturschwankungen in Arabidopsis Thaliana.“ AoB PLANTS. https://doi.org/10.1093/aobpla/plab064.