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Neue Erkenntnisse über die Funktionsweise von Pflanzen und Innovationen für Pflanzenzüchtung, nachhaltiges Wirtschaften, Umweltschutz und Landwirtschaft sind die Ziele des Projekts „Trace Metal Metabolism in Plants“, kurz Plantmetals. Im Mittelpunkt stehen die zentralen Funktionen von Pflanzen im globalen Haushalt von Spurenelementen. Spurenelemente sind teils für alle Organismen lebensnotwendig, aber in zu hoher Dosierung giftig. Zu den 110 Partnern aus 30 Ländern gehört das Team des Lehrstuhls Molekulargenetik und Physiologie der Pflanzen der Ruhr-Universität Bochum (RUB) von Prof. Dr. Ute Krämer, die die wissenschaftliche Kommunikation des Projekts leitet. Die European Cooperation in Science and Technology Cost finanziert das vierjährige Projekt mit der Kennung Cost Action 19116 seit Oktober 2020. Die Koordination liegt bei Prof. Dr. Hendrik Küpper vom Biologiezentrum der Tschechischen Akademie der Wissenschaften.

Zu wenig ist schlecht, zu viel ist giftig

Mehrere Spurenelemente wie Eisen, Kupfer oder Zink sind für Pflanzen, Tiere und den Menschen lebensnotwendig. Ein Mangel daran ist schädlich; allerdings können geringfügig höhere Konzentrationen dieser Metalle bereits toxisch wirken. Das Gleichgewicht von Spurenelementen in Pflanzen steht im Mittelpunkt vieler Herausforderungen, denen sich die Menschheit derzeit gegenübersieht.

Auf großen landwirtschaftlichen Flächen weltweit verringern unzureichende bioverfügbare Konzentrationen von lebensnotwendigen Spurenelementen die Pflanzenproduktion und mindern den Nährwert von Lebensmitteln. „Letzteres trägt wesentlich zum sogenannten Hidden Hunger in wachsenden Teilen der Weltbevölkerung bei“, unterstreicht Ute Krämer. Auf erheblichen Flächen weltweit wird die Toxizität von nicht-lebensnotwendigen Spurenelementen wie Cadmium oder Quecksilber ein immer schwerwiegenderes Problem für Landwirtschaft und Umwelt. Doch auch die sehr weit verbreitete Bodenbelastung mit solchen Schwermetallen noch unterhalb der Toxizitätsgrenze ist nicht unproblematisch: Die schrittweise Anreicherung der Schwermetalle in der Nahrungskette beeinträchtigt nachweislich die menschliche Gesundheit selbst in den hoch entwickelten Industrieländern. „Wir müssen besser verstehen, wie Pflanzen Metalle aufnehmen, transportieren, in ihren Zellen lagern und verwenden, und wie sie mit dem Mangel und dem Überschuss von Metallen umgehen“, erklärt Projektleiter Hendrik Küpper.

Mehr Austausch und praktische Innovationen

Das neue Projekt Plantmetals, das Expertinnen und Experten aus Biologie, (Bio-)Physik, (Bio- und Geo-)Chemie, Molekulargenetik, Ökologie, Agronomie und den Bodenwissenschaften zusammenbringt, wird einen internationalen und interdisziplinären Austausch von Erfahrungen, Wissen und modernsten Techniken ermöglichen. Hierfür werden wissenschaftliche Konferenzen und Workshops stattfinden und Mittel zur Finanzierung von Praktika und Forschungsaufenthalten bereitgestellt. Neben der Grundlagenforschung steht die Angewandte Forschung auf dem Programm, mit fester Einbindung von Industriepartnern. Ein wichtiges gemeinsames Ziel ist die Verbreitung von Forschungsergebnissen und ihre Umsetzung in der Landwirtschaft und anderen Sektoren. Aus Plantmetals hervorgehende Innovationen könnten zum Beispiel eine gezieltere Düngung beinhalten, die Züchtung von schadstoffarmen oder nährstoffreichen Nutzpflanzensorten, eine effektivere Abschätzung ökologischer Risiken, neue Instrumente zur Reinigung verschmutzter Böden und Wasserressourcen mittles Pflanzen (Phytoremediation) oder zur nachhaltigen Metallgewinnung durch Pflanzen (Phytomining). Nicht zuletzt könnten diese Innovationen zu einer Neubewertung von Nutzen und Risiken genetisch veränderter Pflanzen beitragen.
Nach einem virtuellen Kick-off im Oktober ist die erste gemeinsame Konferenz für den Sommer 2021 in České Budějovice in der Tschechischen Republik geplant.