Hitzewellen belasten die Baumwollproduktion zunehmend. Wissenschaftler suchen daher nach Pflanzen, die diese Belastungen bewältigen können. Eine aktuelle Studie im Annals of Botany von Dubey et al identifizierten vier wilde australische Baumwollarten, die nicht nur thermotolerant sind, sondern von hoher Hitze profitierenWissenschaftler können diese Wildarten nun als Ausgangspunkt für die Züchtung von wärmetoleranter Nutzbaumwolle verwenden.

Um festzustellen, ob wilde Baumwollarten eine Thermotoleranz entwickelt haben, führten Dubey et al. ein kontrolliertes Treibhausexperiment durch, bei dem vier wilde Baumwollarten (Gossypium australe, G. bickii, G. robinsonii und G. sturtianum), die in den Trockengebieten Australiens endemisch sind, und eine kommerzielle Art (Gossypium hirsutum), das bekanntermaßen empfindlich auf große Hitze reagiert, wurden einer 25-tägigen Hitzewelle ausgesetzt.

Dubey et al. erklären, dass die optimale Tageshöchsttemperatur für den Baumwollanbau bei etwa 30 °C liegt. Bei Temperaturen über 36 °C werden reproduktive Prozesse wie die Blütenbildung beeinträchtigt. Bei 40 °C sind grundlegende physiologische Prozesse beeinträchtigt. In ihrer Studie wurden die Pflanzen daher bei einer konstanten Tagestemperatur von 38 °C und einer Nachttemperatur von 22 °C angebaut, um tagsüber Hitzestress zu erzeugen.

„Die übergreifende Begründung für diese Studie war, dass mindestens einer von vier ausgewählten australischen Wildarten aus Gossypium Arten, die aus zwei genomischen Kladen ausgewählt wurden, sollten eine höhere Thermotoleranz entwickelt haben, die bei kommerziell angebauten Baumwollsorten nicht vorhanden ist“, sagen Dubey et al. Zwei der ausgewählten Arten, G. robinsonii und G. bickii, kommen in den heißesten Landschaften des australischen Kontinents vor, während G. australe und G. sturtianum sind über die nördliche Savanne Australiens verbreitet.

Durch die Untersuchung der Blattphysiologie und -morphologie der fünf Arten vor und nach der Hitzewelle stellten Dubey et al. fest, dass sich die Wildarten an heiße Tage angepasst haben. Die hohen Temperaturen von 38 °C förderten das Wachstum der vier Wildarten, hemmten jedoch das Wachstum der kommerziellen Sorte. Zudem konnten nur die wilden Verwandten ihre Blätter kühlen, indem sie Transpiration als effektive Form der Temperaturkontrolle nutzten.

Auf der Grundlage ihrer Ergebnisse schlagen Dubey et al. vor, dass „es sich [in Zuchtprogrammen] empfiehlt, der transpirationalen Kühlung als günstigem Merkmal mehr Aufmerksamkeit zu schenken, da dadurch teilweise die Notwendigkeit von Stoffwechselmodifikationen zur Verbesserung der Thermotoleranz entfällt.“ Dubey et al. weisen außerdem darauf hin, dass die Erforschung von Blattoberflächenstrukturen, die die Wärmeableitung verbessern, wie etwa die „flauschige“ Textur und die wachsartigen Kutikeln wilder Baumwollarten, zu einer Verbesserung der Thermotoleranz führen könnte.

„Wildpflanzenverwandte sind immer eine reiche Quelle potenziell nützlicher genetischer Vielfalt“, sagen Dubey et al. „Die genetische Vielfalt der meisten Nutzpflanzenarten ist aufgrund intensiver und selektiver Züchtungsprogramme und Domestizierung zurückgegangen, was zu einem Engpass der allelischen Vielfalt geführt hat.“

Daher schlagen Dubey et al. vor, wilde Verwandte von Nutzpflanzen als Material für Nutzpflanzenzuchtprogramme weiter zu erforschen, da „das Keimplasma wilder Verwandter aller in unterschiedlichen Umgebungen endemischen Nutzpflanzenarten eine wertvolle Ressource darstellt, die ein breites Spektrum ungenutzter genetischer Vielfalt zur Bekämpfung von abiotischem und biotischem Stress beherbergt.“

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Dubey, G., Phillips, AL, Kemp, DJ und Atwell, BJ (2025) „Physiologische und strukturelle Merkmale tragen zur Thermotoleranz wilder australischer Baumwollarten bei“, Annals of Botany, 135(3), S. 577–588. Verfügbar um: https://doi.org/10.1093/aob/mcae098

Titelbild: Gossypium australe by Kym Nicolson / iNaturalist. CC-BY