In jeder Kammer ein anderes Klima

5. Oktober 2010, 20:08
posten

Die Tropen, Skandinavien oder ein Polarsommer: Im Keller des Wiener Gregor-Mendel-Instituts kann jede Klimazone herrschen

Damit sollen die Effekte von Umweltbedingungen auf Pflanzengene erforscht werden.

LED-Lampen im Büro sollen Mitarbeiter nicht nur zufriedener machen. Auch Konzentration und Produktivität steigen, glaubt man verheißungsvollen Studien von Beleuchtungssystem-Herstellern. Auch am Wiener Gregor-Mendel-Institut (GMI) wurden kürzlich Leuchtdioden installiert, um Höchstleistungen wahrscheinlicher zu machen. Die LEDs strahlen allerdings nicht in den Laboren und Büros der Pflanzenforscher, sondern im Keller. Denn hier gedeihen die wichtigsten Ressourcen der Wissenschafter: zehntausende Pflänzchen der Spezies Arabidopsis thaliana.

Des Pflanzengenetikers liebster Modellorganismus – seit 2000 liegt seine DNA-Sequenz vollständig vor – wird am GMI im großen Stil gezüchtet, und zwar nicht am Fensterbrett oder in einem profanen Glashaus. Die Forschungsobjekte leben neuerdings in 16 Wachstumskammern, die mit allerlei technologischen Finessen ausgestattet sind. Nun bleibt kein Entwicklungsschritt der Pflanzen in den rund neun Quadratmeter großen und mit Stahlregalen bestückten Kammern unbeobachtet: Kameras zeichnen auf, wann die Samen auskeimen und zu welchem Zeitpunkt sich erste Blättchen oder die weißen Blüten entwickeln; ein Analysesystem wertet die Bilder aus.

Während manchen Arabidopsis-Linien ein Jahr in den Tropen oder am Balkan vorgaukelt wird, leben andere in der Illusion, sie befänden sich mitten im Polarsommer. Denn bei den LED-Leuchten sind nicht nur die Lichtintensität und -verteilung, sondern auch die Mischung der Spektralfarben wählbar. Außerdem können die Forscher Luftfeuchtigkeit (30 bis 80 Prozent), Temperatur (minus15 bis plus 30 Grad Celsius) und Belüftung per Computersteuerung exakt bestimmen. Auch dass ein über Wochen mühselig herangezogenes Experiment aus Vergesslichkeit verkümmert, ist nun ausgeschlossen. Ein automatisches Bewässerungssystem sorgt dafür, dass alle Pflanzen regelmäßig und gerecht mit Flüssigkeit versorgt werden.

Mit den in zehn Monaten Bauzeit errichteten Wachstumskammern herrschen am GMI nun besondere Forschungsbedingungen, sagte Wissenschaftsministerin Beatrix Karl anlässlich der offiziellen Eröffnung Ende September. Nun erwarte sie auch "besondere Forschungsleistungen und Forschungsergebnisse". Magnus Nordborg, wissenschaftlicher Direktor des GMI, nimmt die Herausforderung gerne an – und holt sich beispielsweise ein Stück Schweden in den dritten Wiener Bezirk. Denn klimatische Verhältnisse, aufgezeichnet von Sensoren im nordischen Freiland, lassen sich nun mitten in Österreich perfekt imitieren.

Stress-Gedächtnis

Warum Pflänzchen in einem künstlichen Skandinavien, Russland oder Japan heranwachsen sollen? Nordborg will herausfinden, wie sich Umweltbedingungen im äußeren Erscheinungsbild (z. B. Wuchsform, Blattanzahl) niederschlagen und welche genetischen Effekte dieser natürlichen Anpassungsfähigkeit zugrunde liegen. Weiters wird in den Kammern untersucht, ob Pflanzen, die durch hohe Temperaturen sekkiert werden, eine Art Stress-Gedächtnis an die nächste Generation vererben oder welche molekularen Überlebenstricks es bei Kälte gibt. Sollten die GMI-Forscher oder andere Arbeitsgruppen die Ergebnisse dieser groß angelegten Studien reproduzieren und darauf aufbauen wollen, lassen sich die Versuchsbedingungen präzis rekonstruieren. Denn "nun haben wir ausgezeichnete und vor allem absolut einheitliche Bedingungen", berichtet Borries Luberacki, Labor- und Services-Chef am GMI.

Revier für Experimente

Diesem Luxus konnten die Pflanzenforscher bisher nicht frönen. In den "alten", wenn auch erst 2006 fertiggestellten Wachstumskammern schwankte die Temperatur zwischen den Pflanzenregalen um mehrere Grade, aus Belüftungslöchern wurde ein Luftstrom gepustet, der einzelne Individuen unnatürlich kräftig wachsen ließ. Fehler, vor allem bei populationsgenetischen Studien mit tausenden Individuen, waren programmiert und ließen sich auch durch aufwändige statistische Verfahren nicht verlässlich herausrechnen. "Man hätte hier keine Experimente durchführen können", sagt Luberacki.

Deswegen war die Umgestaltung des Arabidopsis-Reviers auch Bedingung für Magnus Nordborgs Zusage, im Jänner 2009 als Direktor ans Institut für Molekulare Pflanzenforschung zu kommen. Weltweit sind an exzellenten Einrichtungen, mit denen man schließlich mithalten will, hochmoderne Gewächshäuser Standard. An der University of California gibt es am Standort Davis 150 Klimakammern; auch am deutschen Forschungszentrum Jülich mit der Pflanzenversuchsanlage Phytec sind sie unverzichtbar. In die Australian Plant Phenomics Facility hätte man 40 Millionen AU-Dollar gesteckt und damit weise in die Zukunft investiert, berichtet Nordborg.

Dagegen muten die Errichtungskosten für die Wiener Wachstumskammern mit ca. 3,3 Millionen Euro schon fast bescheiden an. Rund 80 Prozent seien in Equipment geflossen, sagtMarkus Kiess, verantwortlich für Finanzen und Verwaltung am GMI. Der Rest sei für "Brain Power" ausgegeben worden – in erster Linie für die Leistungen von der planenden Ingenieursgesellschaft TCON und von Johnson Controls. Der europaweite Marktführer für begehbare Pflanzenzuchtkammern belieferte das GMI nicht nur mit standardisierten Komponenten, sondern entwickelte auch die neuartigen Kamera- und Beleuchtungssysteme. Und nahm Rücksicht darauf, dass die alten Kammern nur etappenweise ersetzt werden durften, um den Forschungsbetrieb aufrechtzuerhalten. Während der beengten Umbauphase werkten Ingenieure, Architekten, Bauarbeiter und Wissenschafter Seite and Seite. Arabidopsis nahm es wohl gelassen, ist nun aber "glücklich", wie Magnus Nordborg beobachtet haben will. (Julia Harlfinger/DER STANDARD, Printausgabe, 06.10.2010)

=> Wissen: Molekulare Pflanzenforschung


Wissen: Molekulare Pflanzenforschung

Das Gregor-Mendel-Institut (GMI) ist eine Tochtergesellschaft der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Gegründet wurde die Grundlagenforschungseinrichtung im Jahr 2000, sie versteht sich als Flagschiff der molekularen Pflanzenforschung in Österreich. Anfangs waren die Wissenschaftergruppen des GMI in verschiedenen Institutionen einquartiert. Doch 2006 konnten sie ein Forschungsgebäude am Vienna Biocenter Campus in Wien 3 beziehen, das sie sich mit dem Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) teilen. Unter der Leitung des schwedischen Populationsgenetikers Magnus Nordborg arbeiten rund 85 Forscher aus 22 Ländern. Im Jänner 2011 kommt eine weitere Arbeitsgruppe dazu. Schwerpunkte am GMI mit seinen derzeit neun Teams sind u. a. Epigenetik (Ortrun Mittelsten-Scheid), Entwicklungsbiologie (Thomas Greb) und Stressforschung (Claudia Jonak). (harl)

  • Die Hightech-Wachstumskammern spielen alle klimatischen Stückerln. Zehntausende Pflänzchen werden hier beobachtet.
    foto: gmi

    Die Hightech-Wachstumskammern spielen alle klimatischen Stückerln. Zehntausende Pflänzchen werden hier beobachtet.

Share if you care.