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News: Der Reis und der Sonnenbrand

Reis ist eine der wichtigsten Nutzpflanzen der Erde. Im Zuge der jahrzehntelangen Zucht büßte eine der verbreitetsten Reissorten einen Teil ihres natürlichen Sonnenschutzes ein. Die Ursache liegt in einer verminderten Leistungsfähigkeit bestimmter Enzyme. Sie sind für die Reparatur strahlengeschädigter DNA verantwortlich. Die Folge ist eine Gefährdung der globalen Reisproduktivität. Mit dem genauen Verständnis dieser Schutzmechanismen erkunden die Wissenschaftler nun Wege aus der Misere.
Norin 1 gehört weltweit zu den bedeutendsten Reissorten. Wie alle Pflanzen ist auch der Reis tagtäglich der ultravioletten Strahlung der Sonne ausgesetzt, und wie in den meisten Pflanzen finden sich auch in ihm Enzyme, die strahlengeschädigte DNA-Abschnitte zu reparieren vermögen. Doch durch die jahrzehntelange Zucht blieb die Resistenz gegenüber schädigender UV-Strahlung offenbar auf der Strecke – eine Gefährdung für die globale Reisproduktivität. Sind die Gründe dafür aber einmal bekannt, besteht die Hoffnung, den ursprünglichen Schutz gegen den Sonnenbrand wiederherzustellen (Plant Physiology vom September 2000).

Viele der Reparatur-Enzyme binden sich an die beschädigten Stellen auf der Erbsubstanz und werden durch Licht aktiviert. Bereits ein einziger Lichtblitz setzt die Reparatur in Gang. Allerdings kann jedes Molekül des Enzyms pro Lichtblitz nur einen einzigen Schaden reparieren. Die Forscher können also anhand der Anzahl reparierter Schäden pro Lichtpuls auf die Zahl aktiver Enzym-Moleküle schließen. Außerdem hängt die Wirksamkeit der Enzyme von der Zeit ab, die zwischen der UV-Schädigung und dem ersten Lichtblitz verstreicht. Je länger es bis zur Aktivierung dauert, umso größer ist die Zahl der reparierten Schäden. Der Grund ist einfach, denn die Enzym-Moleküle haben in diesem Fall mehr Zeit, alle geschädigten DNA-Abschnitte zu belegen. Wenn die Wissenschaftler mit der Aktivierung durch Licht also ausreichend lange warten, werden in normalen Pflanzen sämtliche Schäden nach nur einem Lichtblitz behoben.

Im Fall der Reissorte Norin 1 scheint die Reparatur nicht mehr einwandfrei zu funktionieren, und das kann zwei Gründe haben. Zum einen könnte die Anzahl der Moleküle zur Reparatur aller Schäden zu gering sein, zum anderen mag die Leistungsfähigkeit der Enzyme vermindert sein. In diesem Fall würden nach wie vor alle Schäden behoben, nur dauerte das sehr viel länger. Und genau dies ist bei Norin 1 offensichtlich der Fall. Betsy Sutherland und ihre Kollegen vom Biology Department des Brookhaven National Laboratory beobachteten, dass sie mit ihrer Aktivierung des Enzyms sehr viel länger warten mussten, um das gleiche Ergebnis zu erzielen wie bei normalen Reissorten.

Auf der Basis dieser Erkenntnisse ist Abhilfe in Sicht. Betsy Sutherland ist zuversichtlich, dass Norin 1 auch in Zukunft einen wesentlichen Beitrag für die Ernährung der Menschen spielen wird. So könnte man die Reissorte entweder mit UV-resistenten Arten kreuzen oder ein intaktes Enzym auf gentechnischem Wege einführen. "Die Steigerung der pflanzeneigenen Fähigkeit zur Reparatur von UV-Schäden, könnte der Produktivität dieser und anderer ökonomisch bedeutsamer Nutzpflanzen zugute kommen", meint Sutherland.

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