Forschungsteam findet unbekannte Stellschraube für Salztoleranz bei Pflanzen

Durch die künstliche Bewässerung und erhöhte Temperaturen leiden Böden weltweit unter steigenden Konzentrationen von Salzen, darunter Natriumchlorid („Kochsalz“). Dies ist nicht nur ein ökologisches Problem, sondern auch eine Herausforderung für die Landwirtschaft. Ein erhöhter Salzgehalt kann beispielsweise die Regulation des Wasserhaushalts der meisten Pflanzen (der sogenannten Glykophyten) stören oder sogar zu ihrem Absterben führen, darunter unsere Nutzpflanzen. Nur in Küstenregionen gibt es mit den Halophyten Pflanzen, die besondere Salztoleranzmechanismen entwickelt haben. Aber auch Glykophyten können sich in gewissem Rahmen gegen höhere Salzkonzentrationen und Trockenheit schützen. Um resistente Nutzpflanzen entwickeln zu können, ist es nötig, die verschiedenen molekularen Regulationsmechanismen zu verstehen, die bei Salzstress eine Rolle spielen. Ein Team um Prof. Dr. Iris Finkemeier vom Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen an der Universität Münster und Prof. Dr. Motoaki Seki vom RIKEN-Forschungsinstitut in Japan hat nun eine bislang unbekannte Stellschraube entdeckt.

Die Forscherinnen und Forscher untersuchten den „Histon-Code“ und dessen Rolle bei der Anpassung an Salzstress bei der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Histone sind Proteine im Erbgut. Sie tragen keine genetische Information, entscheiden aber mit darüber, ob und in welcher Intensität die Informationen der DNA zur Herstellung von Proteinen genutzt werden. Grundlage für diese epigenetische Steuerung sind chemische Veränderungen an den Histonen, sogenannte Histon-Markierungen, die die Interaktion zwischen Histonen, der DNA und regulatorischen Proteinen lenken. Das Forschungsteam entdeckte eine Histon-Markierung, die für die Stressantwort der Pflanze essenziell ist.

Bei der Ackerschmalwand spielt das Enzym „HDA19“ eine wichtige Rolle bei der Regulation der pflanzlichen Entwicklung, des Stoffwechsels und der Stressantwort. Das Team wies nun nach, dass dieses Enzym für die Entfernung der neu entdeckte Histon-Markierung verantwortlich ist und damit auch mit darüber entscheidet, wie die Pflanze mit einem hohen Salzgehalt zurechtkommt. Pflanzen, denen das Enzym fehlt, sind deutlich toleranter gegenüber salzigen Böden. Bei ihnen werden vermehrt Proteine gebildet, die auch in trockenen Samen zu finden sind („late embryogenesis abundant (LEA) proteins“). Sie dienen zur Anpassung an Trockenheit. Allerdings wachsen diese Pflanzen etwas langsamer und liefern einen verminderten Samenertrag. Die Keimlinge eignen sich jedoch gut, um die molekularen Grundlagen der Steuerung zu entschlüsseln. Neben verschiedenen molekulargenetischen Verfahren setzte das Team hochauflösende Massenspektrometrie ein und identifizierte Proteine, die durch HDA19 reguliert werden.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft, die Agentur für Wissenschaft und Technologie in Japan, das RIKEN-Institut und das japanische Ministerium für Bildung, Kultur, Sport und Technologie unterstützten die Arbeit finanziell.

 

 

Originalveröffentlichung

Florian Kotnik, Minoru Ueda et al. (2026): HDA19-mediated deacetylation of histone H3.3 lysine 27 and 36 regulates plant sensitivity to salt stress. PNAS; 123 (29) e2534315123; DOI: 10.1073/pnas.2534315123

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• Originalveröffentlichung in „PNAS“
• AG Finkemeier an der Universität Münster