Hitzetoleranz bei der Pollenentwicklung von Mais und Weizen

Hintergrund und Ziele

Dieses Projekt ist das vierte Teilprojekt des Projektes „BayKlimaFit – Strategien zur Anpassung von Kulturpflanzen an den Klimawandel“.

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, bei den Nutzpflanzen Weizen und Mais zunächst die kritischen Phasen zu identifizieren, bei denen unter kurzen Hochtemperaturbedingungen aber bei guter Wasserversorgung Pollensterilität auftritt. Mit zytologischen und physiologischen Methoden wird die Pollenbildung mit und ohne ⁠Hitzestress⁠ bei hitzesensitiven und –toleranten Genotypen verglichen. Durch die Entdeckung der molekularen Mechanismen, die zu Hitzetoleranz bei der Pollenentwicklung führen, sollen langfristig hitzestresstolerante Nutzpflanzen und Wildpflanzen selektiert werden.

Laufzeit

bis

Untersuchungsregion/-raum

Land
  • Deutschland
Bundesland
  • Bayern

Schritte im Prozess zur Anpassung an den Klimawandel

Schritt 1: Klimawandel verstehen und beschreiben

Ansatz und Ergebnisse 

Der Klimawandel führt auch in Bayern zu einer deutlichen Erhöhung der durchschnittlichen Temperatur in den Sommermonaten und insbesondere zu einer starken Zunahme von Wetterextremen.
Die Sommertemperaturen in Bayern im Jahr 2015 sind im Durchschnitt erhöht vom langjährigen Mittel der Jahre 1961-1990 abgewichen.

Parameter (Klimasignale)
  • Hitzewellen

Schritt 2a: Risiken erkennen und bewerten (Klimafolgen/-wirkungen)

Analyseansatz 

Kurze Hochtemperaturepisoden (KHTs) für nur 1-3 Tage  oberhalb einer kritischen Temperatur (KT) haben einen großen Einfluss auf die Pollensterilität bei Kultur- und Wildpflanzen. KHTs induzieren sterile Pollen und führen damit zum Ausbleiben der Samenbildung (bis zu 50% Samenertragsverlust). 

Das Teilprojekt hat sich mit den agrarisch wichtigen Nutzpflanzen Mais und Weizen beschäftigt und untersucht, welche Pollenentwicklungsphasen besonders kritisch für kurze ⁠Hitzestress⁠-Perioden über zwei bis drei Tage sind. Es konnte gezeigt werden, dass die Meiose- und Tetradenstadien besonders empfindlich sind. Mit physiologischen Methoden, Hochdurchsatzsequenzierung (RNA-seq) und Metabolit-Analysen konnte anschließend u. a. gezeigt werden, dass bayerische Weizensorten im Vergleich zu australischen Sorten auf Hitzestress überreagieren und bei Mais der Zucker- und Lipidhaushalt während der Pollenentwicklung bei Hitzestress verändert wird. Hierdurch können Pollen nicht mehr keimen und sind steril. Genregulatoren wurden identifiziert die eine Rolle beim Übergang der jeweiligen Entwicklungsphasen spielen könnten sowie Hitzestress-regulierte Gene kontrollieren. Mehrere Gene für Transkriptionsfaktoren wurden für das sogenannte Genomeditierung ausgewählt. Die genauen Funktionen der selektierten Gene konnten in der Projektlaufzeit nicht mehr untersucht werden. 

Wer war oder ist beteiligt?

Förderung / Finanzierung 

Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz

Projektleitung 

Universität Regensburg

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Handlungsfelder:
 Landwirtschaft