Schwer zu glauben, aber es gab eine Zeit in der Erdgeschichte, in der nicht der Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre ein Problem war, sondern ihr Absinken. Das war natürlich lange, bevor der Mensch auf der Bildfläche erschien. Die Leidtragenden waren damals die Pflanzen. Denn um Photosynthese zu betreiben, sind sie auf ausreichend CO2 angewiesen.
Im Zuge des knapper werdenden Angebots von CO2 stellten einige Pflanzenarten ihre Photosynthese um: Sie veränderten ihre Anatomie und passten die biochemischen Prozesse an – das war die Geburtsstunde der C4-Photosynthese, die heute von Nutzpflanzen wie Mais, Zuckerrohr und Hirse betrieben wird.
Spezialisten für Photosynthese
Diese C4-Pflanzen gelten als Photosynthese-Spezialisten und effiziente CO2-Verwerter. Sie können, anders als die C3-Pflanzen – den Betreibern der „regulären“ Photosynthese – die CO2-Fixierung und photochemische Reaktion räumlich trennen.
Wesentlicher Punkt der C4-Photosynthese ist die „Vorfixierung“ des Kohlendioxids: Durch Aufbringung von Energie wird Kohlenstoffdioxid in der Luft in Form von Oxalacetat regelrecht angereichert, was dann zu einer deutlich höheren Photosyntheserate führt. Oxalactetat enthält vier Kohlenstoffatome, daher stammt der Name C4-Pflanze.
Durch die effektive Vorfixierung des Kohlendioxids müssen C4-Pflanzen ihre Spaltöffnungen für die CO2-Aufnahme nicht voll öffnen, dadurch wachsen diese Pflanzen an trockenen, heißen und lichtintensiven Standorten besser als C3-Pflanzen.
Lässt sich das C4-System in C3-Pflanzen einbauen?
Daher arbeiten Pflanzenforscher an der Vision, die C4-Photosynthese auch in C3-Kulturpflanzen wie Weizen oder Raps einzubauen. Doch dazu braucht es Kenntnisse über die Mechanismen und genetischen Hintergründe. Ein internationales Forscherteam hat nun eine Methode entworfen, um die beteiligten Gene zu identifizieren und sie an drei C4-Pflanzen ausprobiert: Mais, Sorghum bicolor und Kolbenhirse.
Die Forscher fanden dabei heraus, welche genetischen Abschnitte während der Photosynthese aktiv sind und auch, wie ihre Genaktivität gesteuert wird. Bei den untersuchten C4-Pflanzenarten konnten die Forscher erkennen: Die Genregulation hat sich trotz mancher Überschneidungen überwiegend artspezifisch entwickelt. So hat jede Pflanzenart einen eigenen Weg gefunden, auf C4-Photosynthese umzusteigen.
Für die Wissenschaft ist die Arbeit der Forscher insofern wichtig, als sie nun mit der entstandenen Genkarte einen Überblick hat, wo für die C4-Photosynthese relevante Sequenzen mitsamt den genregulatorischen Anknüpfungspunkten liegen. Im nächsten Schritt wird es vor allem darum gehen, die jeweiligen Funktionen dieser Gene zu identifizieren.
