Welternährungstag: Forschung für Nutzpflanzen der Zukunft

Mit einem innovativen Laserverfahren wollen Forschende in kurzer Zeit Kartoffeln mit neuen Eigenschaften entwickeln. Diese könnten dabei helfen, die Welternährung zu sichern. Das BMBF fördert das Projekt in der Initiative „Nutzpflanzen der Zukunft“.

Mit ihrem Vorhaben könnten die Forschenden einen wichtigen Beitrag zur Sicherung der Welternährung leisten. Die "neue" Kartoffel ist robust und wächst schneller als herkömmliche Sorten. © Adobe Stock / Thomas Otto

Jeden Tag sterben rund 24.000 Menschen an Hunger und seinen Folgen. Dies berichtet die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation (Food and Agriculture Organization, FAO) der Vereinten Nationen. Diese rufen daher am 16. Oktober, dem Welternährungstag, die Weltgemeinschaft dazu auf, im Kampf gegen den Hunger nicht nachzulassen. Mit ihrer Agenda 2030 setzen sich die Vereinten Nationen für eine nachhaltige Entwicklung ein. Eines ihrer 17 Nachhaltigkeitsziele lautet: „Hunger beenden, Ernährungssicherheit und eine bessere Ernährung erreichen und eine nachhaltige Landwirtschaft fördern“. Auch die Bundesregierung unterstützt dieses Ziel. Mit der „Nationalen Forschungsstrategie BioÖkonomie 2030“ leistet sie einen Beitrag dazu, die weltweite Ernährung zu sichern, die Agrarproduktion nachhaltig zu gestalten und gesunde und sichere Lebensmittel zu produzieren.

Neue Pflanzen müssen gleichzeitig hohe Erträge liefern und robust sein

Eine entscheidende Frage ist, wie gesunde und sichere Lebensmittel für eine stetig wachsende Weltbevölkerung produziert werden können? Bereits heute muss die Erde mehr als sieben Milliarden Menschen ernähren – in naher Zukunft können es acht bis zehn Millionen sein. Indessen nimmt die landwirtschaftlich nutzbare Fläche ab, etwa durch Erosion, Versalzung oder Wüstenbildung. Um die Welternährung für immer mehr Menschen zu sichern, braucht es neue Pflanzensorten: Diese müssen gleichzeitig hohe Erträge liefern und robust sein. Mit der Initiative „Nutzpflanzen der Zukunft" fördert das Bundesforschungsministerium in der Bioökonomie daher insbesondere die Forschung und Entwicklung zu Pflanzen, die auf kargen Böden wachsen, Schädlingen trotzen oder weniger Dünger zum Wachstum benötigen. Gleichzeitig gilt es, die Artenvielfalt, insbesondere mit Blick auf lokal angepasste, alte Nutzpflanzen, zu erhalten, um das Kulturpflanzenspektrum insgesamt zu erweitern.

Mit extrem kurzen Laserimpulsen schleusen die Wissenschaftler schonend neues Erbgut in Pflanzenzellen ein

In einem der geförderten Projekte, dem Forschungsvorhaben „CROPTO“, befassen sich Forschende der Leibniz Universität Hannover und des Laser Zentrums Hannover e.V. mit der beschleunigten Zucht von neuen Kartoffelsorten. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erproben, wie ein laser-basiertes Verfahren zu nachhaltigen Erfolgen in der Pflanzenzüchtung führt und gleichzeitig eine hohe Sicherheit gewähren kann.

Mit extrem kurzen Laserimpulsen können die Wissenschaftler sicher und schonend neues Erbgut in Pflanzenzellen einschleusen. Das ist ein entscheidender Vorteil gegenüber den herkömmlichen Züchtungsverfahren: Bei diesen werden Chemikalien eingesetzt, die mitunter toxische Nebeneffekte bewirken. Schlimmstenfalls stirbt dadurch die Pflanzenzelle ab. Bei dem neuartigen Laserverfahren ist das anders: Denn bei dem eingeschleusten Erbgut handelt es sich um sogenannte CRISPR/Cas-Komplexe, die präzise nur in das Gen eingebracht werden, das die Forschenden verändern wollen. So können die Forschenden der Pflanze passgenau eine neue Eigenschaft wie beispielsweise Schädlingsresistenz verleihen.

Laserverfahren kann Pflanzen in einigen Monaten optimieren

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass es spürbar die Entwicklung verbesserter Pflanzensorten beschleunigt. Während eine gewünschte Veränderung bei herkömmlichen Züchtungsmethoden meist erst nach 10 bis 15 Jahre auftritt, kann das Laserverfahren eine Pflanze in einigen Monaten optimieren. Als praktische Anwendung des CROPTO-Vorhabens erproben die Wissenschaftler in Kartoffeln bestimmte Alkaloide wie Solanin zu reduzieren. Diese Verbindungen sind in hohen Konzentrationen für den Menschen giftig und finden sich vor allem in grünen Kartoffeln und älteren Sorten. Um ein breites Kulturpflanzenspektrum zu schaffen, ist es sinnvoll, insbesondere ältere Sorten zu verbessern.

Kartoffel ist in Drittweltländern und Asien beliebt

Mit ihrem Vorhaben könnten die Forschenden einen wichtigen Beitrag zur Sicherung der Welternährung leisten. Denn die anpassungsfähige Kartoffel ist gerade in Drittweltländern und Asien beliebt. In Indien integrieren Landwirte beispielsweise verstärkt Kartoffeln in bestehende Anbausysteme: Die Entwicklung von frühreifenden Sorten mit einer Vegetationszeit von 80 bis 100 Tagen ermöglicht es ihnen, die Anbaupause zwischen Reis- und Weizenanbau zu nutzen.

Ein weiteres Beispiel für ein Förderprogramm, mit dem die Bundesregierung globale Verantwortung für die Ernährungssicherung übernimmt, ist die Förderinitiative „GlobE – Globale Ernährungssicherung“. Im Rahmen von GlobE haben in den vergangenen sechs Jahren deutsche Forscher zusammen mit afrikanischen Partnern innovative und regional angepasste Lösungen entwickelt. Gerade Kleinbauern sollten durch Forschungsprojekte in die Lage versetzt werden, höhere und zugleich nachhaltigere Erträge bei Ackerbau und Viehzucht zu erzielen. Über die Bündelung deutscher und afrikanischer Kompetenzen konnten durch GlobE Brücken geschlagen werden zwischen Entwicklungs- und Industrieländern, hochentwickelten Anbautechnologien und traditionellem Wissen.

Nutzpflanzen der Zukunft

Im Rahmen der Forschungsinitiative „Nutzpflanzen der Zukunft" fördert das BMBF das Forschungsvorhaben „CROPTO - Gerichtete Genom-Editierung in Kartoffelprotoplasten mittels Laser-basierter Optoporation von CRISPR/Cas9-Nukleoproteinen“ mit 493.000 Euro.