Potsdam - Forscher des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam haben erstmals die genetischen Grundlagen des natürlichen Frostschutzsystems bei Pflanzen entschlüsselt. Bekannt war den Forschern, dass viele Pflanzen in der Lage sind, ihre Frosttoleranz zu erhöhen, wenn sie längere Zeit kühleren Temperaturen ausgesetzt sind. Diese Akklimatisierung ist in der Expression von Genen und Gengruppen angelegt.

Die Max-Planck-Wissenschaftler haben jetzt erstmals die Aktivität aller Gene der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana, vor und nach einer solchen Kälteanpassung miteinander verglichen. Dabei stellte sich heraus, dass sich die Expression bei über 2.000 Genen signifikant verändert. Dieser Vergleich legt erstmals offen, welche Prozesse in Pflanzen bei der Vorbereitung auf die Überwinterung dominieren Frosttoleranz ist für Pflanzen in gemäßigten und kalten Klimazonen ein wichtiger Faktor, der die geographische Verbreitung einer Art entscheidend mitbestimmt. In der Landwirtschaft führen Frosteinbrüche immer wieder zu katastrophalen Ernteverlusten. Bisher ist es der Pflanzenzüchtung nicht gelungen, die Frosttoleranz wichtiger Kulturpflanzen entscheidend zu verbessern. Die Gründe dafür sind den Forschern nun klar geworden: Die Frosttoleranz ist ein komplexes, quantitatives Merkmal von Pflanzen und folgt keinem einfachen Mendelschen Vererbungsschema.

Bekannt war, dass viele Pflanzen der gemäßigten Breiten in der Lage sind, während einer Akklimatisierungsphase von mehreren Tagen bis Wochen bei Temperaturen knapp über dem Gefrierpunkt ihre Frosttoleranz deutlich zu erhöhen. Die ihnen zugrunde liegenden physiologischen und genetischen Mechanismen wurden vielfach untersucht, unbekannt war jedoch, wie viele und welche Gene an der Akklimatisierung einer Pflanze an niedrige Temperaturen beteiligt sind. Die Forscher des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie haben mit Hilfe spezieller "Microarray"-Techniken, die die Aktivität aller Gene eines Organismus in einer einzigen Messung bestimmen, untersucht.

Die Ackerschmalwand ist einer der wichtigsten pflanzlichen Modellorganismen und zeigt eine gute Kälteakklimatisierung. Da das Genom dieser Pflanze vollständig sequenziert ist, eignet sie sich besonders gut für Experimente, bei denen die globale Regulation der Genexpression untersucht wird, berichtet die Max-Planck-Gesellschaft.
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