Dynamische Änderungen der Blattanatomie und Photosynthese

Pflanzenblätter sind komplexe Organe mit einer großen Vielfalt an Formen und Strukturen. Es ist seit langem bekannt, dass die Blattanatomie eng mit biologischen Funktion zusammenhängt. Die wichtigste Aufgabe von Blättern ist die Aufnahme von Licht und Kohlendioxid (CO2) in der Photosynthese. Die Photosynthese bildet die Grundlage der globalen Ernährung, sodass es gesellschaftlich und wirtschaftlich hoch relevant ist, wie dieser Prozess auf Veränderungen in der Umwelt und insbesondere auf eine begrenzte Wasserverfügbarkeit reagiert. Ein Großteil der aktuellen Forschung konzentriert sich darauf, wie die Reaktion der Photosynthese auf Umweltfaktoren durch biochemische Prozesse bestimmt wird. Die Struktur eines Blattes ist quantitativ schwer beschreib- und messbar und wurde daher oft ignoriert. Jüngste Ergebnisse legen jedoch nahe, dass die Blattanatomie nicht als statisch angenommen werden kann, sondern sich schnell und reversibel in Reaktion auf ein Wasserdefizit ändert. Diese dynamische Veränderung der Anatomie bietet eine einzigartige Möglichkeit, die Wirkung der inneren Blattstruktur auf die Photosynthese zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden Blätter von trockentoleranten und empfindlichen Pappelklonen einem Wasserdefizit ausgesetzt und Änderungen der Anatomie, des Blattwasserzustandes und der Photosynthese werden genau verfolgt. Im Gegensatz zu bisherigen Arbeiten werden neue Mikroskopiertechniken und Computermodelle eingesetzt, um den dreidimensionalen Aufbau in bisher nicht erreichtem Detail bis zur subzellulären Ebene zu analysieren. Mit dem 3d-Modell des Blattes kann die Ausbreitung des CO2 im Blatt analysiert werden und damit auch, wie sich Änderungen in der Anatomie auf die Photosynthese auswirken. Die Experimente werden klären, welche kurzfristigen Veränderungen der Anatomie durch Wassermangel induziert werden und wie dies die Photosynthese beeinflusst. In Kombination mit einem mechanistischen Modell der Photosynthese ermöglicht dies anatomische Merkmale zu identifizieren, die die Photosynthese unter einem Wasserdefizit einschränken und potentiell zur Züchtung trockenresistenter Pflanzen verwendet werden können.