Heiße Nächte bringen die innere Uhr von Reis durcheinander

helles Licht unter kleinem Gebäude Licht terrassierte Reisfelder unter Sternenhimmel

Neue Forschungen klären, wie heiße Nächte die Ernteerträge für Reis dämpfen.

„Im Wesentlichen haben wir festgestellt, dass wärmere Nächte die innere Uhr der Reispflanze aus dem Gleichgewicht bringen“, sagt Colleen Doherty, außerordentliche Professorin für Biochemie an der North Carolina State University und korrespondierende Autorin eines Artikels über die Arbeit in der Zeitschrift PNAS.

„Die meisten Leute denken, dass Pflanzen nicht dynamisch sind, aber sie sind es. Pflanzen regulieren ständig ihre biologischen Prozesse – sie bereiten sich kurz vor Sonnenaufgang auf die Photosynthese vor, schalten sie am späten Nachmittag ab und bestimmen genau, wie und wo sie ihre Energieressourcen verbrennen. Die Pflanzen sind beschäftigt, es ist nur schwierig, all diese Aktivitäten von außen zu beobachten.“

Und was Forscher herausgefunden haben, ist, dass die Uhr, die für die Regulierung all dieser Aktivitäten verantwortlich ist, durcheinander geht, wenn die Nächte im Vergleich zu den Tagen wärmer werden.

„Das ist nicht nur eine interessante wissenschaftliche Frage, sondern ein globales Thema der Ernährungssicherheit.“

„Wir wussten bereits, dass der Klimawandel weltweit zu erhöhten Temperaturen führt und dass die Nachttemperaturen schneller steigen als die Tagestemperaturen“, sagt Doherty. „Wir wussten auch, dass wärmere Nächte weh tun Reisproduktion. Aber bis jetzt hatten wir nur sehr wenig Verständnis dafür, warum wärmere Nächte schlecht für Reis sind.

"Wir kennen noch nicht alle Details, aber wir grenzen ein, wo wir suchen müssen."

Forschung zur Bekämpfung von Reisertragsverlusten ist wichtig, weil Reis eine wichtige Kulturpflanze ist, um jedes Jahr Hunderte Millionen Menschen zu ernähren – und weil a sich änderndes Klima stellt die globale Ernährungssicherheit vor Herausforderungen.

Um besser zu verstehen, wie warme Nächte Reis beeinflussen, hat Doherty mit Kollegen, darunter Krishna Jagadish von der Kansas State University und Lovely Lawas vom International Rice Research Institute, das Problem vor Ort untersucht. Die Forscher richteten zwei Studienzentren auf den Philippinen ein. Sie verwendeten keramische Heizungen oder Hitze neigt dazu, die Temperaturen in verschiedenen Bereichen jedes Studienortes zu manipulieren.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Jagadish verwendete die keramischen Heizgeräte, um experimentelle Parzellen bei 2 Grad Celsius (3.6 Grad Fahrenheit) über der Umgebungstemperatur zu halten, und nahm 24 Stunden lang alle drei Stunden Proben von den Reispflanzen. Kontrollparzellen wurden nicht erhitzt, sondern wurden auch alle drei Stunden während des gleichen 24-Stunden-Zeitraums beprobt. Das Team wiederholte diese Tests viermal. Später nutzten sie die Heizzelte, um die Ergebnisse der Keramikheizertests zu validieren.

Unterdessen fand ein Team unter der Leitung von Doherty heraus, dass mehr als tausend Gene zur „falschen“ Zeit exprimiert wurden, wenn die Nachttemperaturen höher waren. Insbesondere heißere Nächte führten dazu, dass Hunderte von Genen – darunter viele, die mit der Photosynthese in Verbindung stehen – später am Tag aktiv wurden. Inzwischen wurden Hunderte anderer Gene viel früher am Abend als normal aktiv, was das fein abgestimmte Timing störte, das für einen optimalen Ertrag notwendig ist.

„Es ist nicht klar, was all diese Gene bewirken, aber es ist klar, dass diese widersprüchlichen Planverschiebungen nicht gut für die Pflanze sind“, sagt Doherty.

Die Forscher fanden heraus, dass viele der betroffenen Gene von 24 anderen Genen, den sogenannten Transkriptionsfaktoren, reguliert werden. Von diesen 24 wurden vier der Transkriptionsfaktoren als am vielversprechendsten für zukünftige Studien erachtet.

„Wir müssen zusätzliche Arbeit leisten, um genau herauszufinden, was hier passiert, damit wir anfangen können, Reis zu züchten, der wärmeren Nächten standhält“, sagt Doherty. „Reis ist eine wichtige Nahrungspflanze. Auch andere Grundnahrungsmittel sind von heißen Nächten betroffen – darunter Weizen. Das ist nicht nur eine interessante wissenschaftliche Frage, sondern ein globales Thema der Ernährungssicherheit.“

Die Arbeit fand mit Unterstützung des US-Landwirtschaftsministeriums im Rahmen eines Stipendiums des National Institute of Food and Agriculture statt.

Quelle: NC-Zustand

Über den Autor

Matt Shipman, NC State

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Dieser Artikel erschien ursprünglich auf Futurity

 


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