Gerste, die dem Klimawandel trotzt

In Wildpflanzengenen kann sich der Schlüssel für Widerstandskraft gegen Hitze, Viren oder Schädlinge befinden. Um dieses Wissen für Nahrungspflanzen zu nutzen, haben Forschende jetzt die genetische Vielfalt der Gerste in einer Datenbank erfasst.

In der Genbank befinden sich etwa 400.000 weltweit vorkommende Gerstenmuster digitalisiert an einem Ort. © Adobe Stock / Jürgen Fälchle

Deutschland ist weltweit einer der größten Produzenten von Gerste. Für diese Nutzpflanze ist das hiesige Klima ideal – zumindest im Normalfall. Während der langanhaltenden Hitzewelle im Jahr 2018 hatten viele Landwirte mit Ernteverlusten zu kämpfen. Und klar ist: Das wird nicht das letzte Mal gewesen sein. Drastisch wechselnde Umweltbedingungen, bedingt durch den Klimawandel, stellen Forschende und Pflanzenzüchter vor große Herausforderungen: Zukünftige Gersten-Sorten müssen widerstandsfähig gegen Schädlinge, Hitze, Trockenheit oder Staunässe sein. Zudem sollen sie weniger Dünger benötigen und gleichzeitig hohe Erträge liefern. Um das zu erreichen, können sich Züchter manche Wildarten der Gerste zum Vorbild nehmen. Denn in ihren Erbinformationen verstreut, befinden sich möglicherweise die Baupläne für Resistenzen oder höhere Erträge.

Die genetische Vielfalt der Pflanzenwelt zu entschlüsseln, zu sammeln und zu bewahren kann daher entscheidend für die Welternährung sein. Genau das haben Forschende des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben jetzt gemacht. In einer der weltweit umfassendsten Sammlungen – einer sogenannten Genbank – hat ein Team um den Pflanzengenetiker Nils Stein mehr als 22.600 Beispiele verschiedener  Gerstensorten analysiert. Ihre Ergebnisse stellten sie jüngst im Fachmagazin „Nature Genetics“ vor.     

„Mit dieser Veröffentlichung gelingt es, die weltweite natürliche Vielfalt einer der wichtigsten Kulturarten mit einem Blick zu erfassen“, erklärt Stein, Leiter der Forschergruppe „Genomics of Genetic Resources“ am IPK. Dank der aktuellen Forschungsarbeit lassen sich  die Informationen von Genbanken besser nutzen. Denn erstmalig befinden sich etwa 400.000 weltweit vorkommende Gerstenmuster digitalisiert an einem Ort  und somit zugänglich für Forschende. In diesem Umfang ist das IPK der Vorreiter und ein Beispiel, wie man mit digitalen Daten umgehen kann. „Nun können wir sehen, wo es Überlappungen gibt und wie viele verschiedene Muster tatsächlich existieren“, erläutert Stein weiter.

Bisher war es schwierig für Wissenschaftler und Züchter, die Informationen der Genbanken zu interpretieren, weil sie in unterschiedlichen digitalen Formaten vorlagen und nicht die ganzen Gerstensequenzen umfassten. Die molekulare Charakterisierung ermöglicht es nun, das Zusammenspiel der Erbinformation zu entschlüsseln. Die Forschenden können einzelnen Genabschnitten bestimmte Merkmale, wie z.B. Resistenz, zuordnen und so Schritt für Schritt den genetischen Code der Geste entschlüsseln und allen zugänglich machen. Die Genbank verbessert grundsätzlich das Verständnis der Biologie der Pflanze. Aber auch die Pflanzenzüchtung profitiert von der Entschlüsselung des Erbguts. Stein und sein Team haben so bereits zwei Resistenzgene identifiziert, die Gerste immun gegen einen Pflanzenvirus machen. Mit der Genbank möchte man Züchtern und Forschenden Werkzeuge an die Hand geben, damit diese die sogenannten bio-digitalen Ressourcen vermehrt für ihre Arbeit nutzen und Pflanzen fit für die Zukunft machen können.

Mehr zur Förderung

Die langfristige Förderung des Bundesforschungsministeriums ist für Nils Stein und sein Team eine der Grundlagen der derzeitigen Erfolge. Das BMBF unterstützt seine Arbeit mit den Förderinitiativen „Pflanzenzüchtungsforschung für die Bioökonomie“, „PLANT-KBBE – transnationale Forschungsprojekte im Kontext der Pflanzengenomforschung“ und „Deutsches Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur – de.NBI“.