Gerste (Hordeum vulgare) ist eine der bedeutendsten Getreidesorten der Welt, die vielseitig eingesetzt wird – von der Tierfütterung über Brauprozesse bis hin zu menschlicher Ernährung und der Produktion von Biokraftstoffen. Trotz ihrer hohen Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltstressoren stellen global steigende Temperaturen eine erhebliche Bedrohung für den Ertrag von Gerste dar. Die vorgestellte Studie bietet innovative Ansätze, um die Hitzetoleranz weiter zu stärken und die Produktivität zu sichern, was im Hinblick auf den Klimawandel essenziell für die Landwirtschaft ist.
Setzt man Pflanzen anfänglich einem geringfügigen Stresslevel aus, so kann man sie auf einen bevorstehenden, stärkeren Stress wie beispielsweise Hitze vorbereiten. Dieser als Priming bekannte Prozess erzeugt ein „Gedächtnis“ des erlebten Stresszustands, wodurch Pflanzen bei späteren Stressereignissen effizienter reagieren können. Die Forschenden der Universität Potsdam und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben konnten zeigen, wie dieser Mechanismus in der Gerste durch zwei Proteine reguliert wird und wie eine höhere Konzentration dieser Proteine dazu führt, die Widerstandsfähigkeit der Gerste gegen wiederkehrenden Hitzestress zu steigern. „Unsere Forschung bietet eine vielversprechende Basis für die Entwicklung hitzeresistenterer Getreidesorten und könnte einen erheblichen Beitrag zur Stabilität der Landwirtschaft in gemäßigten Klimazonen leisten“, erklärt Isabel Bäurle, Professorin für Epigenetik der Pflanzen am Institut für Biochemie und Biologie der Universität Potsdam.
Das Team konnte nachweisen, dass das Fehlen der zwei untersuchten Proteine das Hitzestress-Gedächtnis reduziert, wodurch die Reaktionen hitzeinduzierter Gene abgeschwächt werden. Im Gegensatz dazu führt eine höhere Proteinkonzentration zu erhöhter Hitzetoleranz, da sich die Pflanzen ständig im „Alarmzustand“ befinden. Besonders bemerkenswert ist, dass die erhöhte Hitzetoleranz in Gewächshausexperimenten nicht mit Einbußen beim Ertrag verbunden war.
„Das Wissen um die Funktion der beiden Proteine eröffnet praktische Ansätze zur Verbesserung der Hitzetoleranz in Getreidearten gemäßigter Klimazonen ohne nennenswerte Produktivitätsverluste“, fasst Erstautor Dr. Loris Pratx zusammen.
Frühere Arbeiten zum Hitzestress-Gedächtnis an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana, die ebenfalls in der Arbeitsgruppe von Prof. Bäurle durchgeführt wurden, legten den Grundstein für die nun veröffentlichte Studie und belegen die Relevanz der Arbeiten an einfacheren Modellsystemen.
Universität Potsdam
Originalpublikation:
Pratx, L., Dakhiya, Y., Nissen, R. et al. Conserved heat shock factors HvHSFA2 and HvHSFA3 control barley heat stress memory through diverged mechanisms. Nat Commun (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-66651-6
