Der Botaniker Andreas Holzinger beschäftigt sich bereits seit einigen Jahren im Rahmen von mittlerweile zwei vom österreichischen Wissenschaftsfond FWF finanzierten Projekten mit streptophytischen Grünalgen und fokussiert dabei besonders auf ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber UV-Stress und Austrocknung. „Manche Algengruppen können großen Trockenstress aushalten. Sie trocknen zwar aus, können dann aber bei entsprechender Luft- und Umgebungsfeuchtigkeit wieder ohne Probleme weiterleben“, beschreibt Holzinger. Die mit den Landpflanzen verwandte Grünalgen-Gattung Zygnema sp. nutzt dabei noch eine weitere Strategie: Diese Art bildet Dauerstadien, sogenannte Akineten und lagert dabei Fette und Reservestoffe ein und es kommt zu einer deutlichen Verkleinerung ihrer Zellvakuolen. Im Rahmen verschiedener Austrocknungsversuche hat er gemeinsam mit seinem Team untersucht, was in den Zellen der Algen unter Austrocknung passiert. Dabei gelang es Holzinger gemeinsam mit seinem Kooperationspartner Burkhard Becker aus Köln 2017 auch erstmals, die Veränderungen im Transkriptom, also der Summe aller von DNA in RNA umgeschriebenen Gene, unter Austrocknungsstress in Zygnema darzustellen.
Obere schützt untere Schicht
Seine Erkenntnisse aus Laborversuchen konnte Andreas Holzinger gemeinsam mit KollegInnen aus Deutschland, der Tschechischen Republik und dem Institut für Botanik in Innsbruck nun erstmals anhand von Feldproben aus Spitzbergen bestätigen. „In ihrem natürlichen Lebensraum in Spitzbergen lebt die Art in einer Algen-Matte, wo die Zellen in den obersten Schichten, die natürlich starker Sonnenstrahlung und beginnender Austrocknung ausgesetzt sind, die gleichen Phänomen zeigen, die wir 2017 im Labor nachweisen konnten, während die darunter liegenden Schichten geschützt und weiterhin sehr teilungsaktiv sind“, erklärt Holzinger. „Obwohl es sich hier natürlich um einzelne Algenfäden handelt, verhält sich diese Lebensgemeinschaft ähnlich einem Organismus.“ Er untersuchte die im Sommer in Spitzbergen entnommenen Feldproben im Labor, um die physiologischen Veränderungen nachzuweisen und herauszufinden, welche Mechanismen im Organismus für diese Veränderungen zuständig sind. Dazu kombinierte er erstmals Untersuchungen am Transkriptom mit einem sogenannten Metaboliten Profiling, um zu zeigen, dass in den Stress-exponierten obersten Schichten deutlich mehr Regulation stattfindet. „Wir wussten schon aus vorigen Untersuchungen, wie Zygnema unter Stress reagiert. Im Rahmen dieser Arbeit konnten wir erstmals an Feldproben zeigen, welche Prozesse bei der Umwandlung beteiligt sind und welche Enzyme dabei reguliert werden“, erklärt Andreas Holzinger.