Meilenstein bei Entschlüsselung des Gersten-Pangenoms

Pflanzenforschung ist ein zentraler Schlüssel, um die weltweite Ernährung nachhaltig zu sichern. Forschende des IPK Gatersleben haben nun einen weiteren maßgeblichen Meilenstein in der Gerstenforschung erreicht.

Gerste auf einem Feld
Gerste auf einem Feld © Iakov Kalinin - stock.adobe.com

Pflanzen müssen angesichts des Klimawandels mit zunehmenden Extremwetterereignissen zurechtkommen. Etwa durch Dürren, Überschwemmungen oder Schädlinge sind die weltweiten Ernten zunehmend gefährdet. Von besonderer Bedeutung ist daher die Züchtung widerstandsfähiger Sorten, die auch unter schwierigen Bedingungen ertragreich wachsen. Diesem Ziel sind Forschende des Leibniz-Institutes für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben nun einen entscheidenden Schritt nähergekommen. Ihnen ist die vollständige Sequenzierung von 20 höchst unterschiedlichen Genotypen der Gerste gelungen. Ihre Ergebnisse werden in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins nature veröffentlicht.

Ziel: Die Züchtung widerstandsfähiger Sorten

Nur wenn ihre Erbinformationen vollständig bekannt sind, können widerstandsfähige Getreidesorten zielgerichtet gezüchtet und angebaut werden. Ebenso können die gewonnenen Informationen Aufschluss darüber geben, warum gewisse Rekombinationen, etwa zur Neukombination bestimmter gewünschter Züchtungsmerkmale, nicht gelingen wollen. Bereits vor drei Jahren erlangten die Forschenden des IPK und ihre internationalen Partner große wissenschaftliche Aufmerksamkeit, als ihnen erstmalig die Entschlüsselung des Gerstengenoms gelang.

Um die Gesamtheit der Erbinformationen der Spezies Gerste, das sogenannte Pangenom, zu verstehen, war jedoch ein noch weitaus komplexeres und langjähriges Unterfangen erforderlich. Maßgeblich zu dem aktuellen Erfolg beigetragen hat die Ex-situ-Genbank am IPK, deren Aufbau vom BMBF mitgefördert wurde und in der rund 22.000 unterschiedliche Saatgutmuster der Gerste lagern.

Verblüffende Ergebnisse zutage gefördert

Für ihr aktuelles Vorhaben haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler 20 Sorten mit möglichst maximaler genetischer Vielfalt aus der Genbank ausgewählt. Die Vielfalt bezog sich dabei beispielsweise auf die geographische Herkunft oder die biologischen Merkmale der Genotypen. Hierzu zählen etwa Sommer- und Wintergerstesorten sowie zwei- oder mehrzeilige Ährenformen. Bei der Untersuchung kamen dann für die Forschenden teils verblüffende Ergebnisse zutage.

So stellte das Konsortium um den Projektkoordinator Professor Dr. Nils Stein etwa fest, dass sich die einzelnen Genome teils erheblich in der Anzahl ihrer Gene oder auch der linearen Anordnung und Orientierung großer Abschnitte einzelner Chromosomen unterscheiden. Diese strukturellen Unterschiede können gegebenenfalls eine unüberwindbare Hürde bei der Rekombination gewünschter Züchtungsmerkmale sein. Dieser neue Schatz an Informationen ist enorm wichtig für die zukünftige Kulturpflanzen- bzw. Getreideforschung. Beispielsweise können nun molekulare Marker genutzt werden, um strukturelle Genomunterschiede bei der Züchtung zu berücksichtigen.

Forschung dient nachhaltiger Sicherung der Welternährung

Trotz der aktuellen Erfolge sieht das Forscherteam vom IPK mit seinen nationalen und internationalen Partnern noch einen hohen Forschungsbedarf im Bereich der Getreide-Genomforschung. So soll in einem nächsten Schritt etwa das Genom der Wildgerste, dem Vorfahren der Kulturgerste, sequenziert werden. Auch hiervon versprechen sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vielversprechende neue Erkenntnisse auf dem Weg zur nachhaltigen Sicherung der Welternährung.

Die Nationale Bioökonomiestrategie

Mit der neuen Nationalen Bioökonomiestrategie und der Vorgänger-Strategie, der Nationalen Bioökonomiestrategie 2030 (NFSB), fördert das BMBF die Getreidegenomforschung seit mehr als 10 Jahren. Unter den Förderinitiativen „Pflanzenbiotechnologie der Zukunft“, „Pflanzenzüchtungsforschung für die Bioökonomie“, PLANT-KBBE – transnationale Forschungsprojekte im Kontext der Pflanzengenomforschung“ und „Deutsches Netzwerk für Bioinformatik-Infrastruktur – de.NBI“ konnten bereits eine Reihe maßgeblicher züchterischer Erfolge erzielt und eine Vielzahl an Publikationen in renommierten Fachzeitschriften veröffentlicht werden.