Fingerprint smart breeding

Smart breeding – Züchtung auf der Überholspur

Bis in die 1980er Jahre mussten Pflanzenzüchter nach jedem Kreuzungsschritt und jeder Mutagenese abwarten, bis die Nachkommen herangewachsen waren. Erst dann konnte man deren Eigenschaften beurteilen und erneut auslesen. Das machte den Züchtungsprozess zeitaufwändig. Mit Hilfe neuerer Erkenntnisse und Verfahren aus der Molekularbiologie lässt er sich deutlich beschleunigen.

Weizen mit Fusarienbefall

Weizen: Pilzresistenzen. Mitteleuropäische Weizensorten können von schädlichen Pilzen wie Fusarien befallen werden. Mit Hilfe molekularer Marker wurden Resistenzgene eingekreuzt.

Langkornreis

Reis: Trocken- und Salztoleranz. Auch in der Reiszüchtung wird zunehmend Smart breeding angewendet, etwa bei der Züchtung trocken- und salzresistenter Sorten.

Fotos: Syngenta, USDA/ARS

Titelfoto: Bund Deutscher Pflanzenzüchter

In der klassischen Züchtung muss man vor jedem neuen Ausleseschritt eine große Anzahl von Pflanzen aussäen, eine ganze Vegetationsperiode abwarten, bis sie herangewachsen sind, und schließlich alle untersuchen. Die moderne Molekularbiologie ermöglicht es den Züchtern dagegen, bereits bei einem Keimling an der DNA festzustellen, ob bestimmte gewünschte Eigenschaften vorhanden sind.

Man kann nach Mutationen in bekannten Genen suchen, von denen man weiß oder annimmt, dass sie bei der Ausprägung bestimmter Eigenschaften eine Rolle spielen. Häufig hat man es jedoch mit Eigenschaften zu tun, die zwar offensichtlich vererbt werden, bei denen jedoch nicht bekannt ist, welche Gene beteiligt sind. In diesem Fall bedient man sich so genannter molekularer Marker. Dabei handelt es sich um DNA-Abschnitte, die in vielen verschiedenen Ausprägungen (Allelen) auftreten und nach den Mendelschen Regeln vererbt werden, selbst aber keine Informationen für Proteine enthalten. Sie treten überall im Genom auf.

Mit molekularen Markern ist es möglich, Gene im Züchtungsgang zu verfolgen, auch wenn die Gensequenz nicht bekannt ist. Wenn bei Pflanzen mit einer bestimmten, gewünschten Eigenschaft immer das gleiche Allel eines bestimmten Markers nachgewiesen wird, kann man davon ausgehen, dass sich in der Nähe des Markers ein Gen befindet, das diese Eigenschaft entscheidend beeinflusst. Für den weiteren Züchtungsprozess werden dann die Pflanzen ausgewählt, die dieses bestimmte Marker-Allel tragen. Viele Merkmale werden von mehreren Genen beeinflusst, so dass man mehrere Marker untersuchen muss.

Smart breeding ist in der Pflanzenzüchtung inzwischen weit verbreitet. So ist es beispielsweise in den letzten Jahren gelungen, mitteleuropäischen Weizen gegen Fusarien resistent zu machen. Diese Pilze befallen die Getreidekörner und produzieren Substanzen, die für den Menschen giftig sind. Eine Weizensorte aus China ist gegen Fusarien resistent, sie ist jedoch nicht an die europäischen Wachstumsbedingungen angepasst und hat einige unerwünschte Eigenschaften wie geringe Erträge. Mit Hilfe molekularer Marker war es möglich, ganz gezielt nur die Fusarienresistenz in den europäischen Weizen einzukreuzen.

Reissorten, die widerstandsfähiger sind gegen Überschwemmungen, Trockenheit und Versalzung, virusresistente Gerste sowie Zuckerrüben mit einer Resistenz gegen Nematoden sind weitere Nutzpflanzensorten, die auf diese Weise gezüchtet wurden.

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