Forschungsteam entdeckt neuen Mechanismus der Salztoleranz

Salzstress kurbelt Umbauprogramm im Inneren von Maispflanzen an

Für die Ernährung der Weltbevölkerung ist der vielerorts steigende Gehalt von natriumhaltigen Salzen im Boden ein Problem: Viele Pflanzen gedeihen auf solchen Böden schlechter oder gar nicht mehr. Vor diesem Hintergrund werden möglichst salztolerante Nutzpflanzen benötigt. Ein chinesisch-deutsches Forschungsteam der Arbeitsgruppen von Caifu Jiang von der China Agricultural University in Peking und von Jörg Kudla vom Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen der Universität Münster hat einen bislang unbekannten molekularen Mechanismus entdeckt, der zur Salztoleranz von Maispflanzen beiträgt. Das Team zeigte: Salzstress aktiviert einen Signalweg, der die Initiation der Autophagie in Pflanzenzellen verstärkt. Autophagie ist ein zelluläres Umbauprogramm, mit dem Zellen nicht mehr benötigtes Zellmaterial abbauen und für den Aufbau neuer Strukturen nutzen. Sie können sich dadurch an veränderte Umweltbedingungen anpassen.

Pflanzen reagieren mit verschiedenen Abwehrmechanismen auf hohe Salzkonzentrationen. Dass Salzstress bei Pflanzen auch Autophagie verstärkt, war bereits beobachtet worden. Das Team zeigte in der neuen Studie jedoch erstmals, dass dieser Mechanismus keine bloße Folge schlechterer Umweltbedingungen ist, sondern zur Stresstoleranz beiträgt. Ein spezielles Enzym - eine Proteinkinase mit der Bezeichnung "ZmMPK6" - reagiert auf höhere Salzkonzentrationen, indem es einen Proteinkomplex aktiviert, der wiederum die Autophagie-Mechanismen der Zelle auslöst und verstärkt. Die Aktivierung des Proteinkomplexes erfolgt, indem die Kinase eine Phosphatgruppe an eine bestimmte Aminosäure einer Untereinheit des Proteinkomplexes überträgt. "Dass wir die Studie direkt in Mais, einer wichtigen Nutzpflanze, durchführen konnten, erhöht die landwirtschaftliche Bedeutung der Ergebnisse", unterstreicht Jörg Kudla. "Wir haben auf diese Weise eine Stellschraube gefunden, mit der sich möglicherweise salztolerantere Pflanzen erzeugen lassen."

Die Studienergebnisse deuten darauf hin, dass dieser Mechanismus in der Evolution stark konserviert ist. Er existiert nicht nur in Pflanzen, sondern scheint auch bei anderen Organismen wie Fliegen, Fischen, Fröschen, Mäusen und Menschen vorhanden zu sein. "Wir vermuten daher, dass dieser Signalweg nicht nur für die Reaktion von Pflanzen auf Salzstress wichtig ist, sondern auch generell bei der Reaktion auf andere Stressfaktoren eine Rolle spielen könnte", betont Jörg Kudla.

Das Team nutzte eine Kombination genetischer, biochemischer und physiologischer Untersuchungen. Unter anderem erzeugten die Forscherinnen und Forscher an der China Agricultural University mit modernen Methoden der Crispr/Cas-Genomeditierung über 20 verschiedene Maislinien mit Funktionsverlusten von Kinasen der "MPK-Familie" oder "Autophagie-Genen" und verglichen ihre Stressantworten mit Wildtyp-Pflanzen, um ihre Funktion im Salzstress zu untersuchen. Dabei zeigte sich, dass die Kinase ZmMPK6 die Signalkaskade anstößt. Welche "Umbaumaßnahmen" im Zellinneren genau stattfinden, sollen weitere Untersuchungen zeigen.

Die Chinesische Akademie der Wissenschaften, der chinesische "National Science Fund for Distinguished Young Scholars", das "National Science Fund for Excellent Innovation Group Program" sowie ein Doktorandenstipendium des "China Scholarship Council" unterstützten die Arbeiten finanziell.

Originalveröffentlichung

Wenqi Jing, Pan Yin, Changyun Liu, Tao Zhou, Fenrong Li, Fang Liu, Kaitong Du, Jörg Kudla and Caifu Jiang (2026): Mitogen-activated kinase 6 facilitates autophagy initiation to confer salt tolerance in maize. Developmental Cell 61; DOI: 10.1016/j.devcel.2026.01.002