Mit wachsender Weltbevölkerung nimmt auch der Bedarf an Nahrungsmitteln zu. Veränderte Umweltbedingungen führen zu jährlichen Ernteverlusten in Milliardenhöhe. Um die Versorgung der Menschen zu gewährleisten, müssen Nutzpflanzen in Bezug auf Ertrag und Qualität fit für die Zukunft gemacht werden.
Eine der wichtigsten Kulturpflanzen weltweit ist die Kartoffel. Virusinfektionen und der Befall durch Pflanzenfresser wie den Kartoffelkäfer können zu Ernteausfällen von bis zu 80 Prozent führen. Werden die Pflanzen angegriffen, verlangsamen sie ihr Wachstum, um molekulare Ressourcen für Abwehrzwecke einzusetzen, einschließlich der Produktion von Signal- und Abwehrstoffen. Ein schnelles Wachstum führt dagegen zu einer erhöhten Anfälligkeit für Schädlinge und Krankheitserreger, da es Vorrang vor der Verteidigung hat. Das Forschungsteam untersuchte diesen Kompromiss zwischen Wachstum und Abwehr mithilfe eines Stoffwechselmodells auf Genomebene (GEM) für die Kartoffel. Die Ergebnisse sind im Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America“ erschienen.
„Die groß angelegte Stoffwechselrekonstruktion Kartoffel-GEM bildet den gesamten bekannten Sekundärstoffwechsel dieser wichtigen Kulturpflanze ab“, berichtet Zoran Nikoloski, Professor für Bioinformatik an der Universität Potsdam und Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie. Das mathematische Modell ermöglicht eine umfassende Analyse des Zusammenspiels zwischen Wachstums- und Abwehrprozessen und ist eine hervorragende Plattform für die weitere Entwicklung und Anwendung. „Die molekularen Mechanismen besser zu verstehen, die der Stressreaktion von Pflanzen zugrunde liegen, kann Züchtungsstrategien verbessern und uns helfen, Pflanzensorten mit verbesserter Stresstoleranz, Ertrag und Qualität zu entwickeln“, fasst er zusammen.
Universität Potsdam
Originalpublikation:
Zrimec et al.: Evaluating plant growth–defense trade-offs by modeling the interaction between primary and secondary metabolism, PNAS 2025, https://doi.org/10.1073/pnas.2502160122
