Durchbruch in der Pflanzenforschung: Neue Erkenntnisse zur Gerstenzüchtung!

Durchbruch in der Pflanzenforschung: Neue Erkenntnisse zur Gerstenzüchtung!

Biologinnen und Biologen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) haben bedeutende Fortschritte in der Forschung zur Blütenarchitektur von Gräsern erzielt. Diese Neuerungen könnten eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der landwirtschaftlichen Produktion spielen. In einer im Fachmagazin Nature Communications veröffentlichten Studie identifizierten die Wissenschaftler ein spezifisches Peptid und einen Rezeptor, die das Wachstum von Blütenständen in Gräsern, einschließlich der Gerste, steuern.

Die Gräser weisen eine Vielzahl von Blütenstandformen auf, wobei die Gerste charakterisiert ist durch ihre einfacheren Blütenstände, die ihre Körner auf einer kurzen Achse, der „Rachilla“, bilden. Basis der Studien ist der Entschluss, dass die Form der Blütenstände bereits früh in der Pflanzenentwicklung durch die Größe, Position und Lebensdauer der Meristeme bestimmt wird. Ein Signalweg, der die Aktivität bestimmter Meristeme in der Gerste reguliert, wurde nun entdeckt.

Einfluss von Peptiden und Rezeptoren

Das Peptid HvFCP1, das von Rachillazellen sekretiert wird, spielt eine zentrale Rolle in diesem Prozess. Es interagiert mit dem Rezeptor HvCLV1, um das Wachstum der Meristeme zu steuern. Professor Dr. Jürgen Schmid und sein Team fanden heraus, dass Mutationen in den Genen für HvFCP1 oder HvCLV1 dazu führen, dass die Blütenstände und Rachillen vergrößert werden, was als Resultat multiple Blüten und Körner von einer Rachilla zur Folge hat. Interessanterweise ähneln diese Mutanten in ihrer Architektur den Blütenständen von Weizen.

Die Ergebnisse dieser Forschung legen den Grundstein für neue Züchtungsansätze, die auf Genomediting basieren und somit eine schnellere Erzeugung ertragreicher Pflanzensorten ermöglichen könnten. Die Arbeit ist Teil des durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft geförderten Projekts „Cereal Stem Cell Systems“ (CSCS) und des Exzellenzclusters für Pflanzenforschung CEPLAS an der HHU.

Zusätzliche Forschungsergebnisse zur Ährenbildung

Parallel zu diesen Entwicklungen berichtete ein internationales Forschungsteam unter Leitung des IPK-Leibniz-Instituts über die Mechanismen der Ährenbildung bei Gerste. Die Ergebnisse, veröffentlicht in Current Biology, zeigen, dass Meristemaktivität und Differenzierung entscheidende Faktoren für die Blütenstandsarchitektur sind. Die Charakterisierung einer bestimmten Mutante, genannt Gerstenähre flo.a, bestätigt die Erkenntnisse, dass das Gen HvALOG1 eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des Ährenmeristems und der Grenzbildung zwischen Blütenorganen spielt.

Mutationen in HvALOG1 führen neben zusätzlicher Ährchenbildung auch zur Verschmelzung von Blütenorganen. Diese Erkenntnisse sind im Vergleich zu Weizen von Bedeutung, denn die Identifizierung des Weizengens ALOG-1 und dessen Funktion in einer parallelen Studie zeigt, wie eng diese Forschungsgebiete verwoben sind.

Der Einfluss technischer Züchtung

Die oben genannten Studien verdeutlichen die langfristige Entwicklung in der Pflanzenzüchtung, die schon seit Jahrzehnten Wege sucht, um genetische Variation zu erhöhen. Während die Auswahl neuer Pflanzensorten mit wünschenswerten Eigenschaften traditionell durch natürliche genetische Veränderungen begrenzt war, bieten neuere Techniken wie die Mutationszüchtung vielversprechende Fortschritte. Seit den 1950er Jahren verwenden Züchter Methoden wie ionisierende Strahlung und Chemikalien zur Einführung genetischer Veränderungen.

Die Mutationszüchtung gilt als konventionelle Züchtungsmethode und ist nicht dem Gentechnikrecht unterworfen. Diese Methoden haben zur Entwicklung erfolgreicher Nutzpflanzen geführt, die über 3000 in der Datenbank der Joint FAO/IAEA aufgeführte mutierte Sorten hervorbrachten, die auf Röntgenstrahlen oder Gammastrahlung zurückgehen. Einige Beispiele erfolgreicher Sorten sind:

• Gerstensorte „Golden Promise“ (hoher Ertrag, verbesserte Mälzung)
• Hartweizen (für Brot und Pasta)
• Krankheitsresistente japanische Birne
• Dunkelrosa Grapefruit
• Halbzwergiger Reis
• Krankheitsresistente Bohne
• Erdnüsse mit festeren Schalen
• Sorten von Erbsen, Baumwolle, Pfefferminze, Sonnenblumen, Grapefruit, Sesam, Bananen, Maniok und Sorghum.

Diese erfolgreichen Entwicklungen in der Pflanzenforschung stehen in direktem Zusammenhang mit den aktuellen Studien zur Blütenarchitektur, die nicht nur wissenschaftliches Interesse wecken, sondern auch bedeutende Konsequenzen für die zukünftige Landwirtschaft haben könnten.