Optimierung von Hülsenfrüchten
Neben dem Klimawandel ist Ernährungssicherheit – also die ausreichende Versorgung der europäischen Bevölkerung mit sicheren und gesunden Lebensmitteln - ein wichtiges Anliegen, für das Kulturpflanzen optimiert werden müssen. In den letzten fünf Jahren untersuchte das EU-finanzierte Konsortium ABSTRESS, wie mit hochmodernen genetischen Technologien nachhaltige kommerzielle Kultursorten erzeugt werden können, die resistenter gegen ökologischen oder biologischen Stress sind. Für das Konsortium mit 13 Partnern aus 7 EU-Ländern waren vor allem Hülsenfrüchte interessant. Sie sind "ganz besondere Kulturpflanzen, da sie mit Mikroorganismen kooperieren und Stickstoff aus der Atmosphäre in ihre Wurzeln aufnehmen, sodass sie auch als natürlicher Dünger fungieren können", sagt Projektkoordinator Adrian Charlton von Fera Science im Vereinigten Königreich. Allerdings sind europäische Hülsenfrüchte wie Bohnen und Erbsen krankheitsanfällig: verschiedene im Boden lebende Pflanzenpathogene etwa greifen die Pflanzen über das Wurzelsystem an und kann zur so genannten Fusarium-Welke führen. "Hierdurch entstehen Ertragsverluste, und die zunehmende Trockenheit, die in Europa im Zuge des Klimawandels zu erwarten ist, wird ihr Übriges beitragen", ergänzt Charlton. Das ABSTRESS-Projekt untersuchte mittels komparativer Genomik Gen-Netzwerke in Erbsensorten, die die Pflanzen resistenter gegen Trockenstress oder Krankheitserreger wie Fusarium machen. Ein weiterer Schwerpunkt war Medicago truncatula, eine kleinwüchsige, kleeartige Hülsenfrucht aus dem Mittelmeerraum. "Die schnell wachsende Pflanze ist ein in der Forschung gängiges Hülsenfruchtmodell, da ihr kurzes Genom gut beschrieben ist und so die molekularen Mechanismen enthüllen kann, die bei der Reaktion auf Trockenstress und Krankheitserreger stattfinden", erklärt Charlton. Anhand der erzeugten genetischen Daten wurden Kontrollgene in den Kulturpflanzen identifiziert, um dann nach ähnlichen Genen in anderen Kulturen wie Tomatenpflanzen zu suchen. Mit diesen Informationen wurden anschließend neue Samen mit mutierten Versionen der wichtigen Gene generiert. Neben genetischen Analysen wurde auch mittels molekularer Röntgen- und Infrarotbildgebung das unter Stress gezüchtete Pflanzenmaterial analysiert, um bei den Pflanzen Frühsymptome für Stress zu erkennen. Auf diese Weise erklärte sich den Forschern, so Charlton, warum einige Pflanzen bessere Abwehrmechanismen haben als andere. "Wir suchten nach frühen Anzeichen für Trockenheitsstress oder Stress durch Fusarium-Pathogene, um herauszufinden, mit welchen Mechanismen sich die Pflanzen am besten schützen", erklärt er. Zudem untersuchte ABSTRESS, wie Bodenmikroorganismen zur Pflanzengesundheit beitragen können. "Wir haben gezeigt, dass genetische Veränderungen bei Mikroorganismen, die in den Wurzelknoten der Hülsenfrüchten leben, auch Resistenzen fördern können, insbesondere gegen Trockenstress", schließt Charlton. Dem Konsortium gelang schließlich die Zucht von Erbsenmutanten mit hervorragenden genetischen Eigenschaften. "Unsere innovative Sammlung neuer Saatgutsorten wird in kommerzielle Zuchtprogramme überführt, damit sie als Ressource für die Zucht Trockenheits- und Fusarium-resistenter Pflanzen beurteilt werden kann", erklärt Charlton. "Nach dieser Vorlage können neueste Technologien eingesetzt werden, um eine neue Generation von Sorten zu züchten, die den Folgen des Klimawandels besser gewachsen sind."
Schlüsselbegriffe
ABSTRESSE, Fusarium, Medicago Truncatula, Erbsenmutanten, Pathogene, Bodenmikroorganismen, Trockenresistenz
