Forskare varnar för mer frekvent förekommande extrema väderhändelser i framtiden till följd av klimatförändringar. Aktuella miljökatastrofer som de många och särskilt allvarliga tropiska orkanerna i år tenderar att bekräfta denna trend. Dessa extrema väderhändelser åtföljs ofta av översvämningar, som alltmer påverkar jordbruksmark. Denna översvämning blir ett allt allvarligare problem för växtodling, eftersom majoriteten av intensivt odlade grödor inte är särskilt toleranta mot för mycket vatten. Större avkastningsförluster börjar bli uppenbara. På samma gång, trycket på den tillgängliga jordbruksmarken att producera grödor ökar snabbt i ljuset av en växande global befolkning.

I detta sammanhang, CAU-forskare i forskargruppen för växtutvecklingsbiologi och växtfysiologi vid Kiel Universitys botaniska institut tittar på effekterna av globala klimatförändringar på växternas tillväxt. Med exemplet på en modellanläggning som ofta används i laboratorier, Arabidopsis thaliana, även känd som thalekrasse, doktorandforskaren Emese Eysholdt-Derzsó undersökte hur växter reagerar på låg syrestress som beror på för mycket vatten. "I hennes arbete, Eysholdt-Derzsó beskriver för första gången hur vattensjuka och den relaterade syrebristen förändrar växtriktningen för krasserötter och hon dechiffrerade vilka genetiska mekanismer som styr växternas anpassning, " betonade chefen för forskargruppen, Professor Margret Sauter. Det Kiel-baserade forskarlaget publicerade nyligen dessa nya rön i forskningstidskriften Plant Physiology.

Jordförhållanden som är våta och därmed låga i syre är livshotande för de flesta växter eftersom de hindrar rötterna från att växa och från att ta upp näring. Under en viss tid, dock, de kan anpassa sig till vattenloggning med olika skyddsmekanismer. Forskarna vid Kiel University har nu undersökt hur syrebrist påverkar tillväxten och den övergripande rotstrukturen hos krasse. Att göra så, de exponerade sju dagar gamla Arabidopsis-plantor för olika syreregimer omväxlande:de konfronterades med tillväxtförhållanden med låg syrehalt under en dag, följt av normala förhållanden under en dag. Experimenten visade att rötterna försökte undkomma de syrefattiga förhållandena genom att växa åt sidan. Att göra så, växterna använder en genetiskt bestämd regleringsmekanism som förhindrar normala, rottillväxt nedåt. Istället, rötterna växer horisontellt där det är mer sannolikt att nå mer syrerika jordområden. "Vi kunde visa att denna process är reversibel. Så fort tillräckligt med syre fanns tillgängligt, rötterna började sedan växa normal nedåt igen, sa huvudförfattaren, Eysholdt-Derzsó.

De Kiel-baserade forskarna kallade hela denna process för "rotböjning". De kunde dechiffrera den genetiska regleringen som är ansvarig för det:fem av de totalt 122 medlemmarna i ERF-transkriptionsfaktorfamiljen av krasse är ansvariga för att rötterna svarar på stress från för mycket vatten. De aktiverar gener som säkerställer riktad distribution av växttillväxthormonet, auxin, i rötterna. Som en konsekvens, detta fytohormon är asymmetriskt omplacerat i rotvävnaden. Eftersom auxin fungerar som en hämmare, roten växer långsammare på platser med högre koncentrationer av hormonet, får roten att böjas. Fördelningen av auxin i roten och därmed utlösandet av rotböjning kan ses med en fluorescens-auxinmarkör.

Tälkrasse tillhör familjen korsväxter och är släkt med raps eller olika kålväxter. Det är därför högst troligt att fynden från modellorganismen kan överföras till olika grödor. Framtida forskning kommer att bidra till att ytterligare undersöka och förstå mekanismen för rotböjning även på andra växter. Forskarnas långsiktiga mål är att eventuellt lyckas överföra fynden till grödor, för att öka deras tolerans mot vattensjuka i framtiden och på så sätt minska jordbrukets avkastningsförluster.