Die Modelle der Pflanzenforschung: Auftritt der Pflanzen

Ein kleines, unscheinbares Kraut und trotzdem- oder vielleicht gerade deshalb ist Arabidopsis thaliana der Star der Pflanzenforschung. (Quelle: © iStockphoto.com / pkujiahe)

Wer einen Blick in die Labore und Gewächshäuser der wissenschaftlichen Institute wirft, wird dort meistens keine bekannten Kulturpflanzen antreffen. Stattdessen wächst dort ein kleines Kraut aus der Familie der Kreuzblütler: Die Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana. Im Vergleich zu vielen Kulturpflanzen lässt sich das Pflänzchen auch auf kleinstem Raum vergleichsweise leicht kultivieren. Auch das kompakte, kleine Genom der Pflanze macht sie zu einem hervorragendem Modell für genetische Studien. Vorteilhaft für genetische Untersuchungen ist auch, dass Nachkommen schon nach 6-8 Wochen entstehen, so dass die Weitergabe oder der Effekt von genetischen Eigenschaften innerhalb kürzester Zeit überprüft werden kann. Arabidopsis gehörte deshalb auch zu den ersten Pflanzen, die man genetische manipulieren konnte. Mittlerweile existieren hunderte Mutantenlinien, deren Genome alle sequenziert und öffentlich für Pflanzenforscher weltweit zugänglich sind. Durch diese Vorteile ist Arabidopsis weltweit gewissermaßen zur „Fruchtfliege“ der experimentellen Pflanzenforschung geworden. Viele der grundlegende Erkenntnisse zur Evolution der Pflanzen,  Reaktionen auf Umwelteinflüsse, Stoffphysiologie, pflanzlichen Entwicklungsprozesse und deren genetische Steuerung stammen aus der Arabidopsis-Forschung.

Gänzlich ersetzen lässt sich die Forschung an Kulturpflanzen mit Arabidopsis als Studienobjekt allerdings nicht. Zudem gibt es auch wichtige, landwirtschaftlich relevante Prozesse, die in Arabidopsis gar nicht vorkommen. Hierzu gehören beispielsweise Wechselwirkungen mit symbiontischen Mykorrhizapilzen oder Pathogenen, die nicht mit Arabidopsis in Verbindung stehen.  Auch als Referenzorganismus für einkeimblättrige Pflanzen, zu denen alle wichtigen Getreidearten gehören, eignet sich A. thaliana nicht.

Mittlerweile wurde das Spektrum der Forschungsobjekte daher mit anderen Pflanzenarten erweitert. Zu ihnen zählt beispielsweise die Zwenke (Brachypodium distachyon). Mit einem relativ kompakten und sequenziertem Genom und einer kurzen Generationszeit besitzt sie ähnlich günstige Eigenschaften wie Arabidopsis. Als Repräsentant der Gräser dient sie als Referenzorganismus  für alle wichtigen Getreidearten. An dem zu den Leguminosen gehörende Schneckenklee (Medicago truncatula) interessiert Forscher besonders seine Symbiose mit Stickstofffixierenden Knöllchenbakterien.  Das Zusammenleben mit solchen Bakterien ermöglicht es vielen Leguminosearten auf besonders nährstoffarmen Böden zu leben.

Für Wissenschaftler besonders interessante Forschungsobjekte sind auch die Früchte der Tomate (Gattung Solanum). Im Laufe des Reifeprozesse entwickeln diese sich von einem photosynthetischen, also energieproduzierendem Organ zu einem Stoffe-importierenden „sink“ Organ. Wie Pflanzen Speicherorgane ausbilden, um diese beispielsweise Stärkereservoir zu nutzen, wird auch in Kartoffelknollen untersucht.