Forschende der Universität Bonn haben Genvarianten des Nitratsensors NPF2.12 entdeckt, die bei niedrigen Stickstoffgehalten im Boden eine Signalkette auslösen.
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Pflanzenzüchter der Universität Bonn haben Genvarianten in Weizen und Gerste identifiziert, die zu einer Verbesserung der Stickstoffverwertung der Pflanzen führen.
Stickstoff steigert als Dünger die Erträge. Ein Zuviel hat aber auch negative Auswirkungen: etwa durch Belastungen des Grundwassers, einen hohen Energieaufwand bei der Dünger-Produktion und die Erzeugung klimarelevanter Gase. Die Wissenschaft sucht deshalb nach Wegen, wie Kulturpflanzen mit weniger Stickstoff auskommen.
Wie das Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Hochschule am 30. März mitteilte, handelt es sich um Genvarianten des Nitratsensors NPF2.12. Dieser sei ein sogenannter Negativregulator, dessen verringerte Expression durch einen ausgeklügelten Mechanismus zu mehr Wurzelwachstum und in der Folge zu höheren Stickstoffgehalten im Spross führe.
«Wahrscheinlich fungiert das Gen beziehungsweise das von ihm kodierte Protein als Sensor, der bei geringen Stickstoffgehalten im Boden abgeschaltet werden muss, um indirekt über eine Signalkette den Botenstoff Stickstoffmonoxid zu erhöhen, der wiederum zu vermehrtem Wurzelwachstum führt und dadurch die Stickstoffverwertung verbessert», sagt Agim Ballvora von der INRES-Pflanzenzüchtung.
«Unter niedrigen Stickstoffbedingungen und in Anwesenheit bestimmter Varianten des NPF2.12-Gens ist ein erhöhter Stickstoffgehalt in Blättern und Körnern feststellbar2, sagt Ballvora. Die Erträge dieser Sorten nehmen somit auch unter widrigen Bedingungen zu.
Das INRES wertete die Ergebnisse als «wegweisend für die Pflanzenzüchtung». Ein besseres Verständnis der genetischen und molekularen Funktion der Stickstoffsensorik werde die Züchtung von Sorten mit verbesserter Stickstoffnutzungseffizienz beschleunigen. Hierfür müssten aber die einzelnen Schritte der Signalkette des Sensors NPF2.12 noch besser verstanden werden.
Die Forschenden untersuchten insgesamt mehr als 220 unterschiedliche Weizen- und Gerstensorten aus dem letzten halben Jahrhundert der Pflanzenzüchtung. «Die untersuchten Weizensorten wurden so ausgewählt, dass sie die Züchtungsgeschichte der letzten 60 Jahre abdecken», erläutert Jens Léon von der INRES-Pflanzenzüchtung.
Die Studie ist im Magazin «New Phytologist» publiziert worden.
