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Nichts dem Zufall überlassen – Forscher entwickeln Verfahren für eine wissensbasierte Pflanzenzüchtung

Der Erfolg der Pflanzenzüchter soll nicht länger vom Zufall bestimmt sein. Wissenschaftler der Universität Hohenheim arbeiten daran, ihnen Werkzeuge für eine vorhersagbare Züchtung zu liefern. Mittels Genomanalysen wollen sie begehrte Gene ausfindig machen, um Züchter in die Lage zu versetzen, zeit- und kostensparend auf gewünschte Merkmale zu selektieren.

Landwirtschaftliche Produkte unterliegen enorm hohen Anforderungen. So muss eine gute Zuckerrübensorte nicht nur besonders viel Zucker liefern, sondern auch resistent gegen Pilze und Viren sein. Sie darf außerdem nicht zum Schossen neigen und sollte möglichst wenig Natrium, Kalium oder Amino-Stickstoff enthalten. Um sich einem solch komplexen System an Zuchtzielen zu nähern, bedient sich die klassische Pflanzenzüchtung vor allem ihrer guten Erfahrung. Findet sie Pflanzen, die eine oder vielleicht sogar mehrere der gewünschten Eigenschaften erfüllen, kreuzt sie sie mit solchen, die ergänzende Eigenschaften tragen - immer in der Hoffnung auf Nachkommen zu stoßen, die den Eltern in ihrer Leistung überlegen sind. Das kann gelingen, muss es aber nicht. „Wir wollen weg von diesem Lotteriespiel“, sagt Dr. Tobias Würschum von der Landessaatzuchtanstalt (LSA) der Universität Hohenheim.

Auf der Suche nach einflussreichen Genen

Dr. Tobias Würschum © privat

„Wissensbasierte Züchtung" heißt das Ziel, auf das vier akademische und zwölf Wirtschaftspartner in einem Forschungsverbund mit dem Namen GABI-GAIN zusteuern. GABI steht für „Genomanalyse im biologischen System Pflanze" und verrät den Ansatzpunkt der Forschung. Mit Hilfe molekularer Marker wollen Wissenschaftler und Züchter der genetischen Architektur agronomisch relevanter Merkmale auf den Grund gehen. Sie wollen Gene finden, sogenannte Quantitative Trait Loci (QTL), die beispielsweise den Zuckerertrag einer Rübe beeinflussen, wenn nicht sogar zu einem bedeutenden Anteil bestimmen. Die Aufgabe des Biotechnologen Würschum und seiner Kollegen an der LSA besteht darin, geeignete biometrische Verfahren zu entwickeln, um solche QTLs ausfindig machen zu können. Als Grundlage ihrer Verrechnungen dienen ihnen die phänotypischen und genotypischen Daten der Pflanzenzüchter.

Die Wahl des geeigneten biometrischen Verfahrens

Mit Hilfe molekularer Marker tasten sich Hohenheimer Forscher an agronomisch relevante Gene im Pflanzengenom heran © Würschum

 

„Wir bekommen Daten über Zuckerrüben, Raps, Weizen und Mais", erklärt Würschum, „es geht um Merkmale wie Ertrag, Resistenzen gegen gewisse Krankheiten, Wuchshöhe, Trockensubstanzgehalt oder bestimmte Inhaltsstoffe." Das sind die phänotypischen, also die äußeren Eigenschaften der Individuen. Mit den genotypischen Daten liefern die Züchter Informationen über die DNA-Sequenzen der zu untersuchenden Pflanzen, sie sprechen hierbei auch von DNA-Markerinformationen. Je nach Markerdichte und Design des Feldexperiments wählen und entwickeln die Hohenheimer Wissenschaftler Methoden zur biometrischen Verrechnung der äußeren und inneren Eigenschaften. Das können Mehrlinien-QTL-Kartierungsstudien, Assoziationskartierungsstudien oder Kombinationen dieser beiden Verfahren sein. „Letztlich geht es darum, Zusammenhänge zu finden", verdeutlicht Würschum. „Man schaut, ob Pflanzen, die beispielsweise eine hohe Resistenz aufweisen, auch besonders häufig über bestimmte Markerausprägungen verfügen." Gene, die in der Nähe solcher Marker liegen, sind dann die gesuchten QTLs.  

Pflanzenzüchtung im Labor

„Irgendwann sollen die Pflanzenzüchter in der Lage sein, selbst QTLs zu finden, indem wir ihnen die geeigneten Werkzeuge dazu an die Hand geben“, erklärt Würschum das finale Ziel der Forschungsarbeit. Auf diese Weise sollen sie schnell auf bestimmte züchterische Erfordernisse reagieren können. Als Beispiel nennt Würschum eine Resistenz gegen den Maiswurzelbohrer, der neuerdings auch hierzulande sein Unwesen treibt. Sei bekannt, dass eine exotische Maissorte Resistenzen gegen den Schädling trage, könne gezielt nach den verantwortlichen Genen gesucht und diese relativ rasch in das vorhandene Zuchtmaterial eingekreuzt werden. Mittels Molekulartechnologie könne schon im Labor geprüft werden, ob die Kreuzungsnachkommen die Resistenzgene tragen, wodurch zeit- und kostenintensive Feldversuche gespart würden. Markergestützte Selektion lautet der Fachbegriff für die moderne Vorgehensweise.

Bis Ende des Jahres 2010 haben die Verbundpartner Zeit, ihr Vorhaben voranzubringen. Solange werden sie vom Bundesministerium für Bildung und Forschung dabei unterstützt.

Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/nichts-dem-zufall-ueberlassen-forscher-entwickeln-verfahren-fuer-eine-wissensbasierte-pflanzenzuecht