Initiative Nutzpflanzen

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Salk Institute for Biological Studies – Initiative „Harvesting Plants“ – Unsere Wissenschaft

Forschung


Die Klimaherausforderung

Der Kohlenstoffkreislauf ist wie das Ein- und Ausatmen der Erde. Der Planet atmet (absorbiert) jedes Jahr etwa 746 Gigatonnen (eine Gigatonne entspricht zwei Billionen Pfund) Kohlendioxid durch Photosynthese und andere Mechanismen. Bei der Zersetzung von Pflanzen atmet er jedes Jahr 727 Gigatonnen aus. Der Mensch trägt jährlich 37 Gigatonnen bei, wodurch ein Gesamtüberschuss von 18 Gigatonnen COXNUMX entsteht, das Wärme speichert2 – deshalb erwärmt sich die Welt so schnell.

Pflanzen leisten bereits hervorragende Arbeit bei der Kohlenstoffbindung. Die Harnessing Plants Initiative (HPI) wird ihnen dabei helfen, daran festzuhalten. Selbst eine Verbesserung der Kohlenstoffspeicherung um 2 % könnte enorme Auswirkungen auf das Klima haben.

Um dies zu erreichen, entwickeln Salk-Wissenschaftler Pflanzen mit tieferen, massiveren Wurzeln und höheren Konzentrationen an kohlenstoffabsorbierendem Suberin: Salk Ideal Plants.

Forscher führen derzeit umfassende Studien an Modellpflanzen durch, z Arabidopsis thaliana und Lotus Japonicus, um die genetischen Signale zu verstehen, die den Suberingehalt sowie die Wurzelmasse und -tiefe steuern. Sobald die Salk-Wissenschaftler die Genetik, die diese Merkmale antreibt, vollständig aufgeklärt haben, können sie erweitert und schließlich auf verschiedene Nutzpflanzen und Feuchtgebietspflanzen übertragen werden.

Das Salk-Team glaubt, dass dieser Ansatz mehr Kohlenstoff speichern, die Ernteerträge steigern und den Schutz von Feuchtgebieten verbessern, den Klimawandel abmildern und einer wachsenden Bevölkerung mehr Nahrung, Treibstoff und Ballaststoffe liefern wird.

HPI-Programme: CRoPS und CPR

HPI führt zwei miteinander verbundene Projekte zur Verbesserung der Kohlenstoffspeicherung durch: CO2 Entfernung auf globaler Ebene (CRoPS) und Wiederherstellung von Küstenpflanzen (CPR).

CRoPS entwickelt landwirtschaftliche Pflanzen, die mehr Kohlenstoff im Boden speichern und dort halten – eine einfache, kostengünstige und skalierbare Möglichkeit, zur Eindämmung des Klimawandels beizutragen. Mit größeren Wurzeln und einem höheren Suberingehalt speichern Salk Ideal Plants große Mengen Kohlenstoff und widerstehen der Zersetzung, sodass der Kohlenstoff jahrzehntelang im Boden bleibt.

Darüber hinaus eignen sich Salk Ideal Plants besser für raue Umgebungen und können dem erschöpften Boden Kohlenstoff wiederherstellen, wodurch das Land produktiver wird.

Da CRoPS auf landwirtschaftliche Pflanzen wie Sojabohnen, Mais, Weizen und Reis abzielt, kann es die bestehende landwirtschaftliche Lieferkette nutzen und mehr als 75 % der weltweiten Ackerfläche in Kohlenstoffspeicher umwandeln.

Feuchtgebiete speichern jedes Jahr zwischen drei und vier Gigatonnen Kohlenstoff, doch sie verschwinden schnell. CPR-Forscher identifizieren die genetischen Treiber, die Feuchtgebietspflanzen helfen, Land zu schützen, Wasser zu reinigen und Kohlenstoff zu binden. Durch die Identifizierung dieser Genkombinationen und die Durchführung beschleunigter molekularer Züchtungsprogramme werden die Salk-Wissenschaftler ideale Feuchtgebietspflanzen schaffen, die auch in rauen Umgebungen gedeihen.

Der Gewinn könnte enorm sein. Wiederbelebte Feuchtgebiete werden mehr Kohlenstoff speichern und COXNUMX verhindern2 durch Umweltzerstörung freigesetzt werden. Wiederhergestellte Feuchtgebiete könnten bis zu fünf Gigatonnen pro Jahr oder etwa 25 % des überschüssigen CO binden2 Menschen erzeugen.

Renaturierte Feuchtgebiete können nicht nur mehr Kohlenstoff speichern, sondern auch dazu beitragen, bedrohte Korallenriffe und Fischereien zu erhalten und so die jüngste Geschichte der Umweltzerstörung auf der Welt umkehren.

Die Wissenschaft

HPI basiert größtenteils auf hochentwickelter Genomik und Epigenomik (die die molekularen Tags untersucht, die steuern, ob Gene ein- oder ausgeschaltet werden). Sobald die Forscher vollständig verstanden haben, wie diese Mechanismen zu massiveren Wurzeln und höheren Suberinkonzentrationen führen können, werden sie diese Eigenschaften auf eine neue Generation von Nutz- und Feuchtpflanzen übertragen.

Im Jahr 2019 das Labor von Wolfgang Busch ein Gen identifiziert Dadurch lässt sich kontrollieren, ob die Wurzeln tief oder flach sind. Diese Erkenntnisse werden in die laufende Forschung und schließlich in Salk Ideal Plants einfließen.

Salk-Forscher befragen bestimmte Gene und untersuchen die Merkmale (Phänotypen), die sie hervorbringen, in der Klimasimulationsanlage des Salk-Instituts und einem hochentwickelten Gewächshaus. Dort nutzen Forscher Röntgenstrahlen, maschinelles Lernen und viele andere Tools, um das Wurzelwachstum und den Suberingehalt zu messen. Dieser Vorgang wird viele Male wiederholt.

Den Weg freimachen

Globale Veränderungen werden nur dann stattfinden, wenn Salk Ideal Plants auf Hunderten Millionen Hektar weltweit angebaut werden. Während die Salk-Forscher die wissenschaftlichen Probleme lösen, wendet sich das HPI-Team an die Industrie, politische Entscheidungsträger und andere, um sich auf diese kommende Lösung vorzubereiten.