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BeitragDi 17 Nov, 2009 12:37
Pflanzenkrebs: Bakterien als trickreiche Manipulatoren
Wucherungen an Stamm und Ästen


Wenn Pflanzen krebsartige Geschwulste entwickeln, ist manchmal ein Bakterium dafür verantwortlich. Wie die Bakterien dabei vorgehen, hat die Biologin Dr. Rosalia Deeken untersucht. Ihre Veröffentlichungen wurden jetzt von weltweit führenden Forschern in der Biologie mit dem Prädikat "recommended" - empfohlen als lesenswerte Publikation, ausgezeichnet.
Winzer, Obstbauern und Hobbygärtner kennen das Phänomen: Ihre Weinstöcke oder Obstbäume entwickeln knapp oberhalb des Bodens tumorartige Gebilde und tragen anschließend deutlich weniger Früchte als zuvor. Von Wurzelhalsgallen spricht der Fachmann in diesem Fall; im Weinbau heißt die Krankheit Mauke. Mit den Wucherungen beschäftigt sich Rosalia Deeken schon seit etlichen Jahren. Mit ihrer Arbeitsgruppe hat sie im Julius-von-Sachs-Institut für Biowissenschaften der Universität Würzburg deren Ursachen erforscht - und dabei Erstaunliches entdeckt.

"Bei Wurzelhalsgallen handelt es sich um eine besondere Form von Pflanzenkrebs", erklärt die Biologin. Wie auch beim Menschen oder bei Tieren ist bei Pflanzen in der Regel ein genetischer Defekt dafür verantwortlich, dass sich Zellen ungebremst teilen und vermehren. Der programmierte Zelltod, der normalerweise dafür sorgt, dass geschädigte Zellen sich selbst zerstören, ist dann außer Kraft gesetzt. Im Fall der Wurzelhalsgallen ist das ähnlich - und doch ganz anders.

Das Bakterium drückt der Pflanze seinen Willen auf

"Diese Form von Pflanzenkrebs wird durch das Bodenbakterium Agrobacterium tumefaciens ausgelöst", sagt Rosalia Deeken. Die Würzburger Pflanzenwissenschaftlerin fand heraus, dass das Bakterium die Abwehrmechanismen der Wirtspflanze so manipuliert, dass es ungehindert Teile seines Erbguts in das Erbgut der Wirtspflanzen einschleusen kann. Dann programmiert es die befallene Zelle um. "Wir konnten nachweisen, dass das Bakterium die Aktivität einer großen Anzahl von Genen verändert und die Pflanze dazu bringt, eine Reihe von Hormone verstärkt zu produzieren", erklärt Deeken. In der Folge startet eine unkontrollierte Zellvermehrung, ein Tumor entwickelt sich.

Dessen Wachstum zeigt Parallelen zum Wachstum von Tumoren beim Menschen: Während im menschlichen Organismus neue Blutgefäße entstehen, die die Krebszellen mit Nährstoffen versorgen, bilden sich in der Pflanze neue Leitungsbahnen. Diese Bahnen koppeln an das reguläre Gefäßsystem der Wirtspflanze an und versorgen den Tumor mit allem, was er zum Leben benötigt. "Die pflanzlichen Tumorzellen stellen dann ihre ursprüngliche Fähigkeit ein, sich selbständig von Licht und Kohlendioxid zu ernähren. Stattdessen entziehen sie der Wirtspflanze die Nährstoffe, was zu Lasten der Samen- oder Fruchtausbeute geht", so die Wissenschaftlerin.

Auszeichnung von führenden Forschern

Ihre bahnbrechenden Forschungsergebnisse hat Rosalia Deeken in mehreren Artikeln in international bedeutenden Pflanzenzeitschriften veröffentlicht. Deren Qualität hat jetzt noch eine weitere Bestätigung erfahren: Die Gruppe weltweit führender Forscher in der Biologie, die Faculty of 1000 hat ihnen das Prädikat "recommended" - empfohlen als lesenswerte Publikation" verliehen. Bei der Faculty of 1000 Biology handelt es sich um eine Plattform, die neu publizierte wissenschaftliche Artikel aus den Fachbereichen der Biologie auflistet. Deren Qualität wurde zuvor von Wissenschaftlern begutachtet und bewertet.

In diesen Listen sind auch weitere Wissenschaftler der Universität zu finden; beispielsweise Rainer Hedrich, Inhaber des Lehrstuhls für Botanik I, an dem Rosalia Deeken forscht. Oder - in der Faculty of 1000 Medicine - der Inhaber des Lehrstuhls für Pharmakologie und Vizepräsident der Uni Würzburg Martin Lohse.

Weitere Informationen:
http://f1000biology.com/
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BeitragWie Pflanzen Wasser sparenMi 02 Dez, 2009 8:34
Weniger Niederschläge, höhere Temperaturen: Auch Pflanzen leiden unter dem Klimawandel. Wie sie dennoch längere Trockenperioden überstehen, erforscht der Biologe Rainer Hedrich an der Uni Würzburg. In der neuesten Ausgabe der Fachzeitschrift Proceedings stellt er seine Ergebnisse vor.
Wenn sich im Dezember in Kopenhagen die Regierungschefs der UN-Mitgliedsländer zum Weltklimagipfel treffen, steht er wieder auf der Tagesordnung: der Klimawandel. Das Ringen der Politik um eine Begrenzung der Erderwärmung wird auch von Pflanzenforschern und Landwirtschaftsexperten mit Interesse verfolgt werden. Schließlich können diese schon jetzt die Auswirkungen des Temperaturanstiegs beobachten.

Moderne Kulturpflanzen haben das Wassersparen verlernt


Auch Rainer Hedrich, Inhaber des Lehrstuhls für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik an der Universität Würzburg, interessiert sich für die Folgen lang anhaltender Trockenperioden und steigender Temperaturen für die Pflanzenwelt. "Durch die Jahrhunderte lange Züchtung unserer heutigen Kulturpflanzen haben diese an Vitalität eingebüßt. Unsere Ackerpflanzen haben, überspitzt formuliert, das optimale Wassersparen verlernt", sagt Hedrich. Einem globalen Klimawandel mit ausgedehnten, heißen Trockenperioden hätten sie deshalb nichts entgegen zu setzen.

Hedrich hat den Wasserhaushalt von Pflanzen erforscht. Über seine neuesten Erkenntnisse berichtet die Fachzeitschrift Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften (USA) in ihrer jüngsten Ausgabe.

Dilemma aus Wassermangel und Wasserverlust


Pflanzen entnehmen dem Boden Wasser und holen sich Kohlendioxid aus der Luft. Im Verlauf der Photosynthese produzieren sie daraus Kohlenhydrate und Sauerstoff. Wasser geben sie in Form von Wasserdampf an die Umwelt ab.

"Die Wasserdampfabgabe als unvermeidbare Konsequenz der Photosynthese stellt für die Pflanze kein Problem dar, solange sie genügend Wasser zur Verfügung hat", sagt Hedrich. Bleibt der Regen jedoch aus, könne die Pflanze kein Wasser mehr über ihre Wurzeln aufnehmen und verliere gleichzeitig vermehrt Wasser an die immer trockener werdende Atmosphäre. Diesem Dilemma ist die Pflanze jedoch nicht schutzlos ausgeliefert. "Ihre Außenhaut, die sogenannte Epidermis, ist mit einer für Wasser und Kohlendioxid undurchlässigen Wachsschicht überzogen", sagt Hedrich. Allein über mikroskopisch kleine, regulierbare Poren kann die Pflanze Kohlendioxid aufnehmen und Wasserdampf abgeben.

Sinneszellen registrieren den Wassergehalt der Pflanze

Wie sie das macht? "Diese Poren bestehen aus zwei Schließzellen. Wenn sich diese ausdehnen, öffnet sich die Pore; schrumpfen sie, schließt sich die Pore wieder", erklärt Hedrich. Gesteuert wird dieser Prozess, indem die Pflanze bestimmte Salze - das positiv geladene Kalium- und das negativ geladene Chlorid-Ion - durch besondere Kanäle in die Schließzelle hinein und wieder heraus schleust.

"Beim Wassersparen kommt den Anionenkanälen der Schließzellen eine entscheidende Rolle zu", so Hedrich. Die Pflanze nimmt die Austrocknung des Bodens wahr und sendet ein Hormon an die Schließzellen. Dort angekommen, aktiviert dieses Hormon eine Signalkette, in deren Folge sich die Anionenkanäle öffnen und einen Prozess in Gang setzen, an dessen Ende sich die die Poren schließen.

Die Sinneszellen, die in der Lage sind, Wasserstress zu erkennen, verfügen auch über die Fähigkeit, die Kohlendioxid-Konzentration im Blatt sowie die Intensität und Zusammensetzung des Sonnenlichts zu messen. "Damit ist die Pflanze in der Lage, die Poren geschlossen zu halten und nur dann für die Aufnahme von Kohlendioxid zu öffnen, wenn ausreichend Wasser und Licht für die Kohlenhydratproduktion zur Verfügung steht", so Hedrich.

Konsequenzen für die Landwirtschaft

Mit dem exakten Wissen um die Stoffwechselvorgänge in Pflanzen hofft Hedrich, moderne Kulturpflanzen für die Anforderungen des Klimawandels fit machen zu können. Dabei gilt sein Interesse auch Pflanzen, die - wie die berühmte "Rose von Jericho" - unter Wassermangel Überlebenskünstler sind. "Diese Extremophilen können sogar vollständiges Austrocknen überstehen", sagt er. Das genaue Verständnis dieser Fähigkeit könnte dazu beitragen, Nutzpflanzen gezielt im Hinblick auf die Erderwärmung zu optimieren.

"Activity of guard cell anion channel SLAC1 is controlled by drought-stress signaling kinase-phosphatase pair". Dietmar Geiger, Sönke Scherzer, Patrick Mumm, Annette Stange, Irene Marten, Hubert Bauer, Peter Ache, Susanne Matschi, Anja Liese, Khaled A. S. Al-Rasheid, Tina Romeis, and Rainer Hedrich. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0912021106

Kontakt: Prof. Dr. Rainer Hedrich, hedrich(at)botanik.uni-wuerzburg.de
Fotos: Lehrstuhl für Molekulare Pflanzenphysiologie und Biophysik, Uni Würzburg
Bilder über Aktuelles aus Forschung, Umwelt und Natur von Mi 02 Dez, 2009 8:34 Uhr
poren-in-der-aussenhaut-pflanzen.jpg
Über mikroskopisch kleine, regulierbare Poren in ihrer Außenhaut können Pflanzen Kohlendioxid aufnehmen und Wasserdampf abgeben. Die Poren bestehen aus zwei Schließzellen: Wenn diese sich ausdehnen, öffnet sich die Pore (kleines Bild).
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Neue Pflanzenfamilie entdeckt und 222jähriges Rätsel gelöst

Selbst bei scheinbar gut bekannten Organismen wie den Blütenpflanzen gibt es noch immer Überraschungen: Eine kleine Gattung mit Kräutern aus den Tropen Amerikas wurde jetzt als isolierte Linie innerhalb der Ordnung der Nelkenartigen entdeckt. Damit wird ein 222jähriges Rätsel um die nähere Verwandtschaft dieser Pflanzen gelöst. Gelungen ist dies einem Forschungsteam aus Berlin, Bonn und Münster um Thomas Borsch, Direktor des Botanischen Gartens und Botanischen Museums Berlin-Dahlem der Freien Universität Berlin. Die Familie Microteaceae wird wissenschaftlich erstmals beschrieben und im Baum des Lebens klassifiziert in der neusten Ausgabe der Fachzeitschrift Willdenowia.

222jähriges Rätsel gelöst
"DNA-Analysen haben zweifelsfrei bewiesen, dass es sich um eine bisher völlig falsch gruppierte Gattung handelte." sagt Borsch, Autor der neu beschriebenen Pflanzenfamilie. Dabei sind diese Pflanzen bereits seit langem bekannt und wurden schon durch mehrere Generationen von Botanikern erforscht. 1788 wurde die Gattung Microtea vom schwedischen Botaniker Olof Swartz beschrieben. Ihre nähere Verwandtschaft blieb jedoch bis heute ein großes Rätsel. Da ihre Arten einerseits Ähnlichkeiten mit Gänsefußgewächsen (Chenopodiaceae) und Kermesbeerengewächsen (Phytolaccaceae) aufweisen, wurde Microtea traditionell innerhalb einer der beiden Familien klassifiziert. Erst jetzt gelang es durch Analyse der Erbsubstanz einen gesicherten Platz im Stammbaum der Ordnung der Nelkenartigen (Caryophyllales) zu finden. Eine enge Verwandtschaft sowohl mit den Gänsefuß- als auch mit den Kermesbeerengewächsen wurde damit klar ausgeschlossen. Vielmehr handelt es sich bei Microtea um eine eigenständige Evolutionslinie. Aufgrund der besonderen Stellung im Stammbaum Blütenpflanzen und der morphologischen Verschiedenheit werden die Arten der Gattung Microtea ab jetzt in einer eigenen Familie, Microteaceae, zusammengefasst.

Die neue Familie Microteaceae
Die Familie Microteaceae umfasst ca. 12 Arten. Es sind alles einjährige, krautige Pflanzen. Sie sind von Mittelamerika und den Antillen bis nach Südamerika verbreitet. Die Microteaceae sind damit eine der wenigen Pflanzenfamilien, die ausschließlich in den amerikanischen Tropen vorkommen. Die Art Microtea debilis wird unter anderem aufgrund des Inhaltsstoffes Cirsimarin pharmakologisch genutzt.

Das Forschungsinteresse an der Gattung Microtea besteht am Botanischen Garten und Botanischen Museum Berlin-Dahlem bereits seit über hundert Jahren. Der Biologe Ignatz Urban beschrieb 1885 neue Arten im Rahmen seiner Forschungen in der Karibik und beschäftigte sich mit der Blütenmorphologie der Gattung. Der spätere Direktor Theo Eckardt untersuchte in den 1950er bis 1970er Jahren die Anatomie. Die aktuellen Analysen des Erbgutes konnten jetzt das Wissen über diese Gattung bereichern.

"Unser Bild der Evolution von Organismen wird fortwährend revolutioniert und es gibt immer noch viel, von dem wir nichts wissen." sagt Borsch. Die jetzigen Forschungsergebnisse gehören zu einem umfassenderen Projekt, bei dem die Verwandtschaftsverhältnisse der Blütenpflanzen aufgeklärt werden. Dazu werden ganz bestimmte Abschnitte aus den Genomen einer Vielzahl verschiedener Pflanzen sequenziert und mit Hilfe von Computerprogrammen vergleichend analysiert. Die Datensätze aus DNA-Sequenzen der Dahlemer Forscher umfassen mittlerweile hunderte von Arten aus allen Pflanzenfamilien.

Spannend ist, dass sich durch die heute in großem Stil mögliche Analyse der Erbsubstanz dabei selbst bei scheinbar gut bekannten Organismen wie der Blütenpflanzen noch immer viele Überraschungen ergeben. Im gleichen Projekt wurde erst 2005 die neue Familie der Linderniaceae entdeckt, die auch in der einheimischen Flora vorkommt. Die Untersuchungen können an Pflanzen durchgeführt werden, die in der Sammlung des Botanischen Gartens sowie im Herbar vorhanden sind. Diese Sammlungen sind damit von unschätzbarem wissenschaftlichem Wert. Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

Publikation:
Schäferhoff B., Müller K. F. & Borsch T.: Caryophyllales phylogenetics: disentangling Phytolaccaceae and Molluginaceae and description of Microteaceae as a new isolated family. - Willdenowia 39: 209-228. - Online ISSN 1868-6397; © 2009 BGBM Berlin-Dahlem.
doi:10.3372/wi.39.39201 (available via http://dx.doi.org/)

Weitere Auskünfte erteilt Ihnen:
Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin-Dahlem, Freie Universität Berlin

Weitere Informationen:
http://www.ingentaconnect.com/content/b ... 2/art00001 - Publikation
http://www.botanischer-garten-berlin.de - zur Einrichtung

Der Botanische Garten und das Botanische Museum Berlin-Dahlem ist eine botanische Sammlungs- und Forschungseinrichtung mit Bildungsauftrag. Die 1679 gegründete Einrichtung ist eine der größten und bedeutendsten ihrer Art weltweit. 22.000 Pflanzenarten werden kultiviert und umfangreiche Sammlungen dokumentieren die globale Pflanzenvielfalt. Forschungsschwerpunkte betreffen die "Evolution und Biodiversität anhand von Modelltaxa" (Asterales, Caryophyllales, Bacillariophyta) und die Flora von Europa und des mediterranen Raumes sowie der Insel Kuba. International führend ist die Einrichtung im Bereich der Biodiversitätsinformatik.
Bilder über Aktuelles aus Forschung, Umwelt und Natur von So 10 Jan, 2010 0:48 Uhr
Microteaceae.jpg
Digitalisierter Herbarbeleg von Microtea portoricensis Urb., gesammelt von Paul Sintensis am 20.1.1885 in Puerto Rico - Holotypus im Herbarium des Botanischen Gartens und Botanischen Museums Berlin-Dahlem
Foto: Botanischer Garten und Botanisches Museum Be
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