Pflanzen produzieren mehr als eine Million verschiedene chemische Verbindungen, um Angriffe abzuwehren, Frost zu überstehen oder Heilstoffe für den Menschen zu bilden. Diese Metaboliten steuern nahezu alle zellulären, ökologischen und adaptiven Prozesse der Pflanzen. Neue Werkzeuge in der Metabolomik – der umfassenden Analyse dieser Chemikalien – ermöglichen es Forschenden nun, die komplexe chemische Sprache der Pflanzen deutlich besser zu entschlüsseln. Das zeigt eine Übersichtsarbeit von Amit Rai von der University of Illinois Urbana-Champaign, die in Plant Physiology erschienen ist.
Während DNA vor allem Möglichkeiten vorgibt, entscheidet die Chemie über den tatsächlichen Erfolg einer Pflanze. Metaboliten kontrollieren Resistenz gegen Krankheiten, Trockentoleranz und Umweltinteraktionen. Natürliche Selektion begünstigt Pflanzen, die die richtigen Chemikalien produzieren – das Genom passt sich entsprechend an.
In den vergangenen Jahrzehnten haben Metabolomik-Studien spezifische Verbindungen identifiziert, die Pflanzen bei Salz-, Trocken-, Hitze- und Schwermetallstress schützen. Diese Erkenntnisse bieten gezielte Ansatzpunkte für züchterische Verbesserungen bei Nutzpflanzen.
Früher scheiterte die Identifikation unbekannter Pflanzenstoffe oft am Fehlen reiner Referenzsubstanzen. Hochauflösende Massenspektrometrie kombiniert mit KI-gestützter Analyse hat dies grundlegend verändert. Proben – oft gezielt unter Stressbedingungen gezogen – werden durch empfindliche Geräte analysiert. KI erkennt Tausende Chemikalien gleichzeitig, vergleicht Muster mit gemeinsamen Datenbanken und sagt Identitäten voraus.
„Ungezielte Metabolomik extrahiert aus einer einzigen Probe eine enorme Informationsmenge“, erklärt Rai. Gemeinsame Datenbanken und offener Datenaustausch verbessern die Erkennung kontinuierlich – jedes neue Datenset erleichtert die nächste Entdeckung. Funktionelle Experimente bleiben nötig, doch die Technologien ermöglichen eine viel schnellere Eingrenzung wichtiger Moleküle.
Metabolomik ergänzt Fortschritte in Genomik, Transkriptomik und Proteomik und ist besonders geeignet, um Reaktionen auf mehrere gleichzeitige Stressfaktoren zu verstehen – ein zentrales Thema im Klimawandel. Rai sieht darin das nächste große Feld der Pflanzenwissenschaft mit Anwendungen von widerstandsfähigeren Nutzpflanzen über natürliche Produktentdeckung bis hin zu grundlegender Biologie.
„Im Labor testen wir Faktoren einzeln – im Feld treten sie immer kombiniert auf“, so Rai. „Der chemische Raum ist laut und komplex, aber die neuen Metabolomik-Werkzeuge helfen uns, Pflanzenverhalten in der realen Welt zu verstehen. Nur so entwickeln wir wirklich resiliente Kulturpflanzen und fördern nachhaltige Lösungen.“
Megha Rai, Mainak Dutta, Kazuki Saito, Amit Rai, A deep dive into plant metabolomics: Milestones, technologies, and translational impact, Plant Physiology, Volume 199, Issue 4, December 2025, kiaf408, https://doi.org/10.1093/plphys/kiaf408
