Bedeutung und Wege der molekularbiologischen Forschung

Durch den globalen Klimawandel und die infolgedessen schwindende Artenvielfalt ist in Zukunft die Nahrungsmittelversorgung der Weltbevölkerung bedroht. Viele Pflanzen, deren Früchte, Samen, Blätter oder Wurzeln schon seit Jahrtausenden in die Nahrungsmittelkette des Menschen einfließen, können möglicherweise unter den veränderten klimatischen Bedingungen nicht mehr wie gewohnt wachsen und gedeihen.

Eine der auf diese Weise bedrohten Nutzpflanzen, ist die ursprünglich aus Kleinasien stammende Kichererbse, die der Mensch schon seit rund 8.000 Jahren kultiviert hat. Noch heute gehört die, in unseren Breiten relativ unbekannte, große dunkelgelbe Erbse zu den wichtigsten Grundnahrungsmitteln der Mexikaner und Inder. Die traditionellen Anbaugebiete dieser mit der grünen Erbse nicht näher verwandten Hülsenfrucht befinden sich in Indien, der Türkei, Pakistan, Afghanistan, Tadschikistan, Nordafrika und Mexiko. Doch viele Kleinbauern bauen wegen sinkender Ernteerträge schon seit Jahren keine Kichererbsen mehr an.

Damit die Aufzucht dieser alten Kulturpflanze auch in den kommenden Jahren nicht zum Erliegen kommt, wird ein Samen benötigt, der gegen Trockenheit und Krankheiten besonders resistent ist. Deshalb machte es sich ein australischer Pflanzenforscher und Ernährungswissenschaftler zur Aufgabe, einen äußerst wiederstandsfähigen Kichererbsensamen zu finden, wie ihn die Vorfahren der heutigen Ackerbauern benutzten. Doch selbst in den entlegendsten Bergdörfern Kleinasiens gibt es kaum noch Bauern, die noch so altes Saatgut aufbewahren.

Trotzdem begab sich der Forscher auf eine 2.000 Kilometer lange Reise durch Tadschikistan, dem Land, in dem früher solcher Samen verwendet wurde. Er untersuchte die Wildpflanzen der Gebirgsregionen und fragte Einheimische aus Dörfern, die vorher noch nie ein Fremder betreten hatte, nach altem Kichererbsensaatgut. Diese gründliche investigative Tätigkeit blieb nicht unbelohnt. Das lange gesuchte Saatgut konnte tatsächlich gefunden werden. Es ist für die Züchtung einer Kichererbsenpflanze, die anspruchslos und trotzdem ertragreich ist, ein unglaublich wertvolles Gen-Reservoir.

Mithilfe der Integrativen Pflanzen Wissenschaft ist es möglich, unseren heutigen Nutzpflanzen gegen Krankheiten, Stress, Pilzbefall und schädliche Umwelteinflüsse Resistenz zu verleihen. Trockenheit, starke Temperaturschwankungen, Stürme, Überflutungen, Hitze und intensive UV-Strahlung sind Extreme, die der globale Klimawandel mit sich bringt. Sie gefährden jedes Jahr die Ernten vieler Getreidearten. Zudem führt die intensive Düngung in der Landwirtschaft zur zunehmenden Versalzung der Böden.

Umweltprobleme solcher oder ähnlicher Art gibt es nicht erst seit der Erfindung der Massenmedien, sondern sie existierten auch schon in früheren Zeiten. Pflanzen haben gegenüber Tieren und Menschen den Nachteil, vor sich verschlechternden Umweltbedingungen nicht davonlaufen zu können. Im Laufe der Evolution mussten sie deshalb versuchen, sich durch Anpassung und Mutation zu schützen.

Pflanzliche Organismen besitzen die Fähigkeit, sehr schnell auf veränderte und schädliche Umwelteinflüsse zu reagieren. Sonst würden ihre Zellen irreparabel zerstört. Dabei ist eine gute Signalaufnahme von Nutzen. Deshalb verfügt jede Pflanze über besondere Reizleitungen. Sobald eine Pflanze mit deren Hilfe Reize verarbeitet, kommt es zu vielen Veränderungen in ihren Zellen. Auf diese Weise passt sie sich den veränderten Lebensbedingungen an.

Der selbe Mechanismus hilft der Pflanze, sich zu wehren, wenn sie von einem Krankheitserreger, wie einem Pilz oder einem Bakterium, befallen wird. Die empfangenen Signale gelangen sofort in den Zellkern, wo sie zur Abwehr des Erregers bestimmte Gene aktivieren. Es wurde sogar nachgewiesen, dass Pflanzen bei einer Erstinfektion mehr Eiweißmoleküle eines bestimmten Typs produzieren, als normalerweise. Diese spezifischen Eiweiße bilden von da an lebenslang die Immunabwehr der Pflanze. Auf diese Weise baut die Pflanze Kräfte auf, die sie gegen einen späteren wiederholten Erregerbefall resistenter machen. Wenn eine Pflanze einmal diese verbesserte Resistenz besitzt, werden die Signale einer drohenden Gefahr noch schneller in den Zellkern geleitet als sonst, sodass die Abwehr sofort beginnen kann.

Die Fähigkeit, eigene Abwehrkräfte aufzubauen, ist besonders bei noch nicht sehr lange kultivierten Pflanzen und Wildpflanzen stark ausgeprägt. Viele Nutzpflanzen hingegen, die schon seit Jahrtausenden gezüchtet werden, haben diese Eigenschaft im Laufe der Jahre verloren. Erst die heutigen Möglichkeiten der Integrativen Pflanzen Wissenschaft erlauben es, die ursprünglichen Überlebenstricks und das Signalsystem der Pflanzen zu entschlüsseln. Dabei hilft die computergestützte Modellierung der molekularen Prozesse der Pflanzenzellen. Das Ziel dieser Forschungsarbeiten ist, die Abwehrmechanismen der robusteren Pflanzen ihren kultivierten und empfindlichen Verwandten zu implementieren. So können, mithilfe der Gentechnik, Nutzpflanzen wie Soja und Weizen künftig gezielt gegen Krankheitserreger und gegen Schädigungen durch Umwelteinflüsse resistenter gemacht werden.