Von der Robustheit zarter Pflanzen

Im Inneren von Pflanzen schlummern Widerstandskräfte gegen Dürre, Hitze und zu viel Regen. Forschende aus Tübingen, Heidelberg und Hohenheim untersuchen, wie diese Kräfte zur Sicherung der Ernährung einer wachsenden Weltbevölkerung beitragen können.

Hier stehen sie in Reih und Glied: Getreidepflanzen prägen die Landschaft, vor allem sichern sie aber die menschliche Ernährung.

Sie stehen am Anfang fast aller Nahrungsketten. Sie stehen auch sonst. Vielleicht ist das sogarihre hervorstechendste Eigenschaft: Sie stehen fest an ihremPlatz, manche gleich ein paar Hundert Jahre, und müssen mit allem fertigwerden: heiße Sonnenstunden, wochenlange Trockenheit, prasselnder Regen, Hagel, Wind und Sturm, Kälte, Krankheiten und dann noch einer, der an ihnen frisst.

Pflanzen sind robuste Lebewesen. Sie stehen als Kakteen in der Wüste, die das rare, aber lebensnotwendige Wasser imSpross speichern; sie stehen wie die Mangroven im Wechsel der Gezeiten im schwer verträglichen Salzwasser der Meeresküsten, und sie ducken sich im Hochgebirge als Polsterpflanzen dicht an den Boden, um Kälte und Wind zu trotzen.

Fest steht: Ohne sie geht es nicht. Auf dem Land beruht auf Pflanzen alles, was das Leben ausmacht. Selbst Fleischfresser kämen ohne sie nicht aus – jede Nahrungskette braucht unten Pflanzen, sonst werden die oben nicht satt.

Als Robustheit bezeichnen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Fähigkeit von Pflanzen, ihre Lebensfunktionen bei Störungen aller Art aufrechtzuerhalten. Diese Stärke findet sich nicht nur bei einem alten Baum mit massivem Stamm. Fast noch mehr benötigt wird sie von einem zarten Pflänzchen, das vom Keimling zur ausgewachsenen Pflanze mit Blättern, Blüten und Früchten werden will.

Die Robustheit der Pflanzen machen sich Menschen seit Tausenden von Jahren in der Landwirtschaft zunutze: Sie weisen den Pflanzen bei der Aussaat einen Standort auf dem Acker zu und setzen darauf, dass diese den jeweiligen Umweltbedingungen standhalten. Zugleich kämpft man im Anbau von Nutzpflanzen gegen die mindestens ebenso robusten Beikräuter, die sich unerwünscht einfinden.

Welk und braun: Wenn der Wassermangel zu groß ist, kann die Pflanze sich nicht mehr erholen.

Unter- und Mangelernährung gehören weiterhin zu den größten globalen Gesundheitsproblemen.

Eric Kemen ist seit 2017 Professor für mikrobielle Interaktionen in pflanzlichen Ökosystemen am Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen und seit 2026 Sprecher des Exzellenzclusters Green Robust.

Die Frage, was Pflanzen unter sehr unterschiedlichen Bedingungen robust macht, stand am Anfang der Planungen zum Cluster GreenRobust, berichtet der Clustersprecher Eric Kemen, Molekularbiologe an der Universität Tübingen.

Die Aufgabe, der sich 77 Forscherinnen und Forscher von den drei Universitäten Tübingen, Hohenheim und Heidelberg in gemeinsamer Anstrengung in den nächsten sieben Jahren oder länger stellen, ist groß: Sie wollen mit ihren Erkenntnissen zur Robustheit der Pflanzen in der Grundlagenforschung langfristig zur Sicherung der Ernährung einer wachsenden Weltbevölkerung beitragen.

„Unter- und Mangelernährung gehören weiterhin zu den größten globalen Gesundheitsproblemen. Fast die Hälfte aller Todesfälle bei Kindern unter fünf Jahren steht mit Unterernährung in Zusammenhang“, sagt Kemen. Mit ein wenig mehr Optimierung der Erträge im derzeitigen Pflanzenbau, etwa durch noch gezieltere Düngung, ist es nicht getan. Vielmehr müssen Nutzpflanzen deutlich schneller an den menschengemachten, rasch fortschreitenden Klimawandel angepasst werden, als dies durch natürliche Evolutionsprozesse allein möglich wäre. „Wir wollen durch die Aufklärung molekularer Mechanismen die generellen Prinzipien erkennen, die Pflanzen widerstandsfähig machen“, so Kemen. „Mit diesem Wissen und geeigneten molekularen Werkzeugen könnten wir viel schneller als heute auf veränderte Bedingungen im Pflanzenbau reagieren.“

Bedrohliche Lage: Starkregen und Hagel können Pflanzenbestände in kurzer Zeit schwer schädigen.

Der Boden verleiht Pflanzen nicht nur ihre Standfestigkeit, im Verborgenen unterhalten die beiden auch ein komplexes Beziehungsgeflecht.

Auch der regulatorische Rahmen für neue genomische Techniken hat sich verändert: Im Juni 2026 wurden auf EU-Ebene neue Regeln beschlossen. Pflanzen mit gezielten Veränderungen, die auch natürlich oder durch herkömmliche Züchtung entstehen könnten, werden künftig weitgehend wie konventionell gezüchtete Pflanzen behandelt. Für Pflanzen mit weitergehenden genetischen Veränderungen gelten weiterhin die strengeren Vorschriften des Gentechnikrechts.

„Robustheit bedeutet nicht zwangsläufig Stillstand“, sagt Eric Kemen. Zwar sei Resistenz, das Standhalten der Pflanze bei einer Störung, ein Weg; doch der andere sei die Resilienz, bei der sich die Pflanze nach einer Störung wieder erholt. Und in der Regeneration sind Pflanzen wahrhafte Meister: In der heißen Sonne verdorrtes Gras oder ein Baum, dessen Blätter nahezu restlos von Schmetterlingsraupen gefressen wurden, können wieder austreiben, wenn die Bedingungen besser werden oder der Schädling verschwindet. Doch welche molekularen und zellulären Mechanismen stecken hinter diesen Prozessen?

In der Forschung kennt man viele Einzelaspekte, etwa welche Proteine Pflanzen bei Hitzestress bilden oder dass sie bestimmte Zucker und andere Stoffe anreichern, die den Wasserhaushalt und den Schutz der Zellen unterstützen. Auch biotische Wechselwirkungen spielen eine wichtige Rolle: Krankheitserreger und Fraßfeinde können Pflanzen schwächen, während nützliche Mikroorganismen ihre Widerstandsfähigkeit stärken können.

„Was wir aber noch nicht gut verstehen, ist der Zusammenhang zwischen den einzelnen Regulierungsebenen vom Molekularen bis zum gesamten Ökosystem. In unserem Cluster versammeln wir Expertise zu all diesen Ebenen“, sagt Kemen.

Robustheit bedeutet nicht zwangsläufig Stillstand.

Bisher wurde in der Nutzpflanzenzucht meist vor allem der Ertrag maximiert. Merkmale der Robustheit der wilden Vorläuferarten sind dabei häufig verloren gegangen. Die Clustermitglieder wollen Nutzpflanzen nun gezielt mit ihren ursprünglicheren Verwandten vergleichen: Dazu nutzen die Forschenden ausgewählte Kulturpflanzen aus drei ökologisch und landwirtschaftlich bedeutsamen Pflanzenfamilien, Gerste, Tomate und Kohl, sowie verwandte wilde Arten.

„Sämtliche Daten zu Reaktionen der Pflanzen auf Störungen und zu ihrer Robustheit dokumentieren wir in einer Datenbank, dem Plant Perturbation Atlas“, sagt Kemen. „Im aktuellen Klimawandel müssen die Pflanzen nicht nur steigende Temperaturen verkraften. Vor allem in Europa nehmen auch die Extreme zu: wochenlange Trockenheit einerseits, die andererseits von ergiebigen Regenfällen mit Überschwemmungen abgelöst werden.“ Erforscht werden die Pflanzen unter anderem in Gewächshäusern und im zweiten Jahr des Clusters auch im Freiland in Hohenheim, im Süden Stuttgarts. Dort verfügt die Universität Hohenheim über Versuchsflächen, auf denen unterschiedliche Umweltbedingungen gezielt erzeugt und die Reaktionen der Pflanzen mithilfe von Robotersystemen und Drohnen präzise erfasst werden können.

Solche Daten wurden bisher oft nicht dokumentiert – dadurch ist viel Wissen verloren gegangen.

Zu wenig Wasser und dann wieder zu viel: Künftige Nutzpflanzen sollten besonders robust sein.

Eine Möglichkeit, Pflanzen robuster zu machen, sind gezielte gentechnische Veränderungen. „Die gewonnenen Erkenntnisse können sowohl in der klassischen Pflanzenzüchtung als auch bei gezielten Veränderungen des Erbguts genutzt werden. Beide Wege erfordern umfassende genetische und molekularbiologische Kenntnisse, etwa um neue Sorten gezielt zu entwickeln und ihre Eigenschaften zuverlässig zu überprüfen", betont Kemen.

Die Daten wollen die Clustermitglieder dann in geeigneter Weise der Forschung weltweit zur Verfügung stellen, um die landwirtschaftliche Produktivität zu sichern. Vor allem wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch Daten aus Experimenten aufnehmen, die bisher häufig aussortiert wurden, etwa weil ein erwarteter Effekt ausblieb oder das Signal zu schwach war. „Werden solche Daten sorgfältig dokumentiert, können sie insbesondere für die Entwicklung und das Training von Modellen der Künstlichen Intelligenz wertvoll sein. Solche Daten wurden bisher oft nicht dokumentiert – dadurch ist viel Wissen verloren gegangen.“

Text: Janna Eberhardt

Der Exzellenzcluster GreenRobust

Die Universität Tübingen hat in der Pflanzenforschung große Expertise auf der molekularen Ebene, die Universität Heidelberg auf der zellulären Ebene und die Universität Hohenheim beim Gesamtorganismus und auf landwirtschaftlicher Ebene – deshalb haben sich die drei für die Forschung im Rahmen eines Exzellenzclusters zusammengetan. Sie erforschen die Prinzipien der Robustheit pflanzlichen
Lebens entlang dreier Achsen:

bei klimatischen und biotischen Störungen
auf der Ebene der biologischen Organisation von Molekülen bis zu Populationen
zur Diversität innerhalb einer Gruppe von Arten aus drei Pflanzenfamilien mit ökologischer und landwirtschaftlicher Bedeutung

Zentrale Bausteine sind der Plant Perturbation Atlas mit Daten zu Reaktionen von Pflanzen auf Störungen sowie ein Central Data Hub zur Qualitätssicherung und Integration der gesammelten Daten. Ein „Exzellenzcluster“ ist ein Forschungsverbund mit einem gemeinsamen Forschungsthema, der von Bund und Ländern auf sieben Jahre finanziert wird und international konkurrenzfähige Forschung unterstützen und hervorbringen soll. In einem Wettbewerb haben sich Universitäten bundesweit um die Mittel beworben. Die Förderphase begann am 1. Januar 2026 und läuft über sieben Jahre.

Exzellenzcluster Green Robust

Zur aktuellen ATTEMPTO! - Ausgabe

Zurück