Kresse hat sich genetisch an schwermetall-verseuchte Böden angepasst

Neues aus der Forschung

Meldung vom 13.12.2018

Blei, Zink, Cadmium: Was Mensch, Tier und die meisten Pflanzen schwer krank macht, stört die Hallersche Schaumkresse wenig. Sie hat sich genetisch so angepasst, dass sie auch auf Böden wachsen kann, die mit Schwermetallen verseucht sind. Dies wiesen Forschende der Eidgenössischen Forschungsanstalt WSL an Pflanzen von unterschiedlich stark belasteten Standorten nach.


181219-1521_medium.jpg
 
Die Böden rings um Blei- und Zinkminen, wie hier in Olkusz-Boleslaw in der Woiwodschaft Kleinpolen, Polen, sind massiv mit Schwermetallen verseucht.
Christian Sailer et al.
Transmembrane transport and stress response genes play an important role in adaptation of Arabidopsis halleri to metalliferous soils
Scientific Reports, volume 8, Article number: 16085 (2018)
DOI: 10.1038/s41598-018-33938-2


Die polnische Olkusz-Region, die eines der grössten Blei-Zink-Vorkommen der Welt und entsprechend viele Minen beherbergt, hält einen traurigen Rekord: Hier liegen einige der am stärksten verseuchten Böden Europas. Die mittleren Konzentrationen von Cadmium, Zink und Blei können fünf- bis zehnmal so hoch sein wie die Sanierungsgrenzwerte in der Schweiz. Pflanzen wachsen schlecht hier, denn die Schwermetalle verlangsamen die biologische Aktivität im Boden und behindern wichtige Prozesse in den Pflanzenzellen.

Die Hallersche Schaumkresse (Arabidopsis halleri) jedoch gedeiht in dieser Region prächtig. Sie hat im Laufe der Evolution einen besonders effektiven Umgang mit Umweltgiften erworben. Dies wiesen Forschende der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL gemeinsam mit Forscherinnen von der Polnischen Akademie der Wissenschaften (PAN) in Krakau in einer genetischen Studie nach. Sie stützen sich dabei auf einen polnischen Feldversuch, bei dem Kressepflanzen von vier Standorten – zwei verseuchten und zwei unverseuchten – untersucht wurden.

Reaktion auf Umweltstress

Die WSL-Forscher Christian Sailer und Christian Rellstab haben das gesamte Genom der verschiedenen Gewächse untersucht. «Wir haben bei Pflanzen von Standorten mit und ohne Schwermetalle markante Unterschiede an bestimmten Stellen im Genom gefunden», sagt Rellstab. «Dies dürfte damit zusammenhängen, dass sich diese Kresse an Schwermetalle im Boden angepasst hat, und zwar durch genetische Veränderungen an genau diesen Stellen.» Die betreffenden Gene steuern Reaktionen, mit denen Pflanzen auf widrige Umweltbedingungen reagieren. In einem Fall handelt es sich um den Transport von Metallen in bestimmte Zellbestandteile, die Vakuolen, in denen Schwermetalle und andere Gifte eingelagert und so unschädlich gemacht werden. Andere der entdeckten Erbgutabschnitte gehören zum Reparatursystem, das durch Schwermetalle verursachte Schäden an Zellbestandteilen oder an der DNA korrigiert.

Böden mit Pflanzen reinigen

Diese Resultate, die in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht wurden, sind für die Sanierung von verseuchten Standorten von Bedeutung – möglicherweise auch in der Schweiz. Laut dem Altlasten-Kataster sind über 30‘000 Standorte auf einer Fläche von insgesamt 220 Quadratkilometern mit Chemikalien und Schwermetallen belastet, was der Grösse des Kantons Zug entspricht. Rund 4000 Standorte werden saniert. Die Begrünung mit Pflanzen ist ein möglicher Weg dafür, indem entweder der Bewuchs den belasteten Boden stabilisiert, oder indem die Pflanzen die Schadstoffe aufnehmen, welche dann durch Ernten entfernt werden können. Die Hallersche Schaumkresse ist zwar zu klein dafür, aber ein sehr gutes Forschungsobjekt. Sie kann nämlich nicht nur extrem hohe Schwermetallkonzentrationen aushalten, sondern auch grosse Mengen davon aus dem Boden aufnehmen und in ihren Pflanzenzellen unschädlich einlagern. Die aktuelle Studie zeigt, dass dabei vor allem die Transport-Gene eine wichtige Rolle spielen. Diese Mechanismen besser zu verstehen, könnte dabei helfen, besonders widerstandsfähige Pflanzen für die Bodensanierung zu züchten.



«Damit wir angepasste Pflanzen für die Sanierung verwenden können, müssen wir die Mechanismen der Schwermetall-Anpassung genau kennen», sagt der Pflanzenphysiologe Pierre Vollenweider von der WSL. Die Studie baut auf Erfahrungen der WSL-Forschenden mit dem Genom von A. halleri auf, sowie auf frühere Forschungsprojekte zur Anpassung von Pflanzen an Schwermetalle und andere Umweltbelastungen. Die Zusammenarbeit mit den polnischen Kolleginnen entstand durch das erste Sciex-Programm, ein Förderprogramm des Bundes im Rahmen der EU-Osterweiterung.


Diese Newsmeldung wurde erstellt mit Materialien von idw-online


News der letzten 2 Wochen


Meldung vom 17.01.2019 13:47

Mieser Fraß: Wie Mesozooplankton auf Blaualgenblüten reagiert

Warnemünder MeeresforscherInnen ist es mithilfe der Analyse von stabilen Stickstoff-Isotopen in Aminosäuren ...

Meldung vom 17.01.2019 13:41

Einblicke in das Wachstum einer tropischen Koralle

Kalkbildung in Korallen: Ein doppelter Blick und dreifache Messungen erlauben neue Einblicke in das Wachstum e ...

Meldung vom 17.01.2019 13:31

Plötzlich gealtert

Coralline Rotalgen gibt es seit 130 Millionen Jahren, also seit der Kreidezeit, dem Zeitalter der Dinosaurier. ...

Meldung vom 17.01.2019 13:19

Mehr Platz für Vögel und Schmetterlinge in der Landwirtschaft

Um den schwindenden Bestand von Vögeln und Schmetterlingen im Schweizer Kulturland wieder zu erhöhen, müsse ...

Meldung vom 17.01.2019 13:14

Ernst Haeckel als Erzieher

Biologiedidaktiker der Uni Jena geben Reprint der Dodel-Schrift „Ernst Haeckel als Erzieher“ mit heraus.

Meldung vom 17.01.2019 13:10

Das Ohr aus dem 3-D-Drucker

Aus Holz gewonnene Nanocellulose verfügt über erstaunliche Materialeigenschaften. Empa-Forscher bestücken d ...

Meldung vom 17.01.2019 13:04

Menschliche Darmflora durch Nanopartikel in der Nahrung beeinflussbar

Neue Studie der Universitätsmedizin Mainz über die (patho)biologischen Auswirkungen von Nanopartikeln auf da ...

Meldung vom 10.01.2019 19:47

Erster direkter Nachweis eines Wal jagt Wal - Szenarios in früheren Ozeanen

In einer im open-access Journal PLOS ONE publizierten Studie, liefern Manja Voss, Paläontologin am Museum fü ...

Meldung vom 10.01.2019 19:33

Zahnwechsel sorgt bei Elefanten für Jojo-Effekt

Das Gewicht von Zoo-Elefanten schwankt im Laufe ihres erwachsenen Lebens in einem Zyklus von etwa hundert Mona ...

Meldung vom 10.01.2019 19:24

Intensives Licht macht schläfrig

Insekten und Säugetiere besitzen spezielle Sensoren für unterschiedliche Lichtintensitäten. Diese nehmen ge ...

Meldung vom 10.01.2019 19:11

Alpenwanderung mit Folgen: Forscher verifizieren fast 70 Jahre alte genetische Hypothese

An einer Orchideen-Population in Südtirol belegen Forscher der Universitäten Hohenheim, Zürich und Wien die ...

Meldung vom 08.01.2019 17:54

Clevere Tiere upgraden ihr Genom

Puzzlestein in der Evolution der Tintenfische entschlüsselt - Kopffüßer wie Tintenfisch, Oktopus oder Nauti ...

Meldung vom 08.01.2019 17:45

Gekommen, um zu bleiben: Drachenwels aus Ostasien in der bayerischen Donau

Die bayerische Donau ist inzwischen Heimat für viele Fisch- und andere Tierarten, die ursprünglich nie dort ...

Meldung vom 08.01.2019 17:37

Entwicklung eines grösseren Gehirns

Ein Gen, das nur der Mensch besitzt und das in der Großhirnrinde aktiv ist, kann das Gehirn eines Frettchens ...

Meldung vom 07.01.2019 16:31

Bei Blaumeisen beeinflusst das Alter der Weibchen und die Legefolge die Qualität der Eier

Brütende Blaumeisen-Weibchen stimmen die Zusammensetzung ihrer Eier auf die Bedürfnisse der aus ihnen schlü ...

Meldung vom 07.01.2019 16:03

Phytolith- und Wassergehalt von Futterpflanzen beeinflussen Zahnschmelzabrieb von Wirbeltieren

Verschiedene Futterpflanzen reiben den Zahnschmelz von Wirbeltieren unterschiedlich stark ab, was unter andere ...



26.12.2018:
Baum der Schrecken
24.11.2018:
Wenn das Meer blüht
24.11.2018:
Durchsichtige Fliegen
15.11.2018:
Plastik im Fisch
03.10.2018:
Gestresste Pflanzen

13.08.2018:
Wie Vögel lernen
20.07.2018:
Magie im Reagenzglas

18.06.2018:
Primaten in Gefahr
28.05.2018:
Störche im Aufwind
07.05.2018:
Misteln atmen anders

27.03.2018:
Kenne Deinen Fisch!
01.09.2016:
Elefanten im Sinkflug
13.12.2015:
Leben ohne Altern
22.05.2014:
Lebensraum Käse
22.05.2014:
Domino im Urwald
04.04.2014:
Nationalpark Asinara
13.03.2014:
Trend-Hobby Imker
04.09.2013:
Harmloser Terrorvogel
07.02.2013:
Wie Bienen riechen

Newsletter

Neues aus der Forschung