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Schneller zu neuen Mais-Sorten: Forscher der Universität Hohenheim will Züchtung beschleunigen [31.01.13]
Zwei Jahre sparen durch verbesserte Vorauswahl / Rätselhaftes Phänomen in der Mais-Züchtung soll über den Stoffwechsel genauer beleuchtet werden
Wissenschaftler entlocken der Mais-DNA immer mehr Informationen. Züchtungsforscher der Universität Hohenheim wollen die Eigenschaften einer Pflanze deshalb in Zukunft statistisch ermitteln und nur noch besonders vielversprechende Elternpaare miteinander kreuzen. Die Züchtung neuer Sorten würde so anstatt fünf nur noch drei Jahre dauern. Gleichzeitig wollen die Wissenschaftler auch gleich eines der rätselhaftesten Phänomene der Pflanzenzüchtung entschlüsseln. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Forschungsprojekt mit rund 527.000 Euro. Damit gehört es zu den Schwergewichten der Forschung an der Universität Hohenheim.
Studierende nehmen Blattproben auf einem Versuchsfeld. Foto: Universität Hohenheim
Mais hat eine seltsame Eigenschaft: Kreuzt ein Züchter zwei durch jahrelange Inzucht kleinwüchsig, krankheitsanfällig und ertragsarm gewordene Linien miteinander, so schießen die Nachkommen trotz allem in den Himmel, bringen hohe Erträge und strotzen vor Gesundheit. „Wie dieser sogenannte Heterosis-Effekt funktioniert, kann bis heute niemand erklären“, sagt Prof. Dr. Albrecht E. Melchinger, Leiter des Fachgebiets Angewandte Genetik und Pflanzenzüchtung an der Universität Hohenheim.
„Tausende Gene sind an dem Phänomen beteiligt“, fasst der Wissenschaftler seine bisherigen Forschungsergebnisse zusammen, „bisher zu viele, um den Überblick bewahren zu können.“ Übersichtlicher wird es aber, wenn Prof. Dr. Melchinger nicht mehr die gesamte Maispflanze im Blick hat, sondern sich auf deren Stoffwechsel beschränkt.
Einem rätselhaften Phänomen auf der Spur
Der Stoffwechsel einer Pflanze besteht aus hunderten von einzelnen Komponenten, den sogenannten Metaboliten. Dazu gehören Aminosäuren, organische Säuren und verschiedene Zucker. Viele von ihnen lassen sich in den Blättern sehr leicht nachweisen, so auch Zucker. „Wenn der Heterosis-Effekt sich auch auf der Stoffwechselebene abspielt, müsste die Zucker-Konzentration in den Blättern der Nachkommen höher sein als bei den Elternpflanzen“, erklärt Christian Riedelsheimer. Er arbeitet als Doktorand an dem Forschungsprojekt mit.
Der Züchtungsforscher geht davon aus, dass auf der Stoffwechselebene weit weniger Gene am Heterosis-Effekt beteiligt sein müssen – und es deshalb leichter ist, dem rätselhaften Phänomen auf die Schliche zu kommen. „Wenn das tatsächlich so ist, lassen sich Rückschlüsse ziehen, die den Heterosis-Effekt der gesamten Maispflanze verständlicher machen“, hofft er.
Züchtungserfolg ist berechenbar
Die Züchtung von Hybridmais, der als Futterpflanze und für die menschliche Ernährung wichtig ist, wäre ohne den Heterosis-Effekt undenkbar. Dabei sind die Kombinationsmöglichkeiten der Pflanzenzüchter riesig. „Beim Mais kommt noch hinzu, dass die Pflanze zweigeschlechtlich ist“, erklärt Prof. Dr. Melchinger. „Alles in allem haben wir Millionen Möglichkeiten, wenn es darum geht, Pflanzen miteinander zu kreuzen.“
Die Blattproben werden schockgefroren und später im Labor untersucht. Dabei interessiert die Forscher, ob sicher Heterosis-Effekt auf Stoffwechsel-Ebene erklären lässt. Foto: Universität Hohenheim
Die Genomforschung identifiziert ständig neue Marker. Das sind auffällige und nachverfolgbare Stellen in der DNA, die es den Pflanzenzüchtern erlauben, immer genauere Vorhersagen zu treffen: „Wenn wir die DNA der Eltern kennen, können wir dank der Marker immer genauere Aussagen über die möglichen Nachkommen machen“, freut sich der Forscher.
Die Flut neuer Erkenntnisse ist für die Hybridzüchtung ein Segen, zumal neue statistische Verfahren es ermöglichen, die enorme Datenmenge zu verarbeiten: „Wir müssen heute nicht mehr alles auf Versuchsfeldern anpflanzen, um zu sehen, ob die Nachkommenschaft die gewünschten Eigenschaften besitzt. Wir können am Schreibtisch eine statistische Vorauswahl treffen“, erklärt Prof. Dr. Melchinger.
Bisher braucht die Hybridzüchtung mindestens fünf Jahre, ehe neue Sorten gezüchtet und zugelassen sind. Wenn es Prof. Dr. Melchinger gelingt, die Hybrid-Vorhersage genauer zu machen, könnte das in Zukunft in drei Jahren gelingen.
Hintergrund: Forschungsprojekt OPTIMAL
Das Kürzel OPTIMAL steht für „Genetic and Biomarker-based Predictive Breeding of Maize Cultivars“. Es ist die Fortsetzung des Forschungsprojekts GABI-ENERGY, das im Winter 2011/2012 ausgelaufen ist. Beteiligt sind daran auch Prof. Dr. Thomas Altmann vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben sowie Prof. Dr. Mark Stitt und Prof. Dr. Lothar Willmitzer vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam-Golm. Die Züchtungsfirmen KWS Saat AG und Limagrain wenden die Methoden, die das Forscherteam entwickelt in der Praxis an und bewerten sie. OPTIMAL ist auf drei Jahre angelegt und im März 2012 angelaufen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt mit rund 527.000 Euro.
Hintergrund: Schwergewichte der Forschung
Rund 28 Millionen Euro an Drittmitteln akquirierten Wissenschaftler der Universität Hohenheim 2011 für Forschung und Lehre. In loser Folge präsentiert die Reihe „Schwergewichte der Forschung“ herausragende Forschungsprojekte mit einem Drittmittelvolumen von mindestens 250.000 Euro bei den Experimental- bzw. 125.000 Euro bei den Buchwissenschaften.
Text: Weik / Klebs
Kontakt für Medien:
Prof. Dr. Albrecht E. Melchinger, Universität Hohenheim, Fachgebiet Angewandte Genetik und Pflanzenzüchtung
Tel.: 0711/459 22334, E-Mail: melchinger@uni-hohenheim.de
