Gen erhöht verwertbaren Energiegehalt von Getreide

Ein internationales Forscherteam mit Beteiligung der Universität Göttingen hat eine genetische Ausprägung eines Enzyms gefunden, das den Energiegehalt und die Stärkeverdaulichkeit des Getreides Sorghumhirse auf natürliche Weise erhöht.

Dies spielt gerade in Zeiten von Bevölkerungswachstum und Klimawandel-Prognosen eine wichtige Rolle in der Landwirtschaft. Denn eine weitere Steigerung der Produktion von Lebensmitteln ist nötig, um den weltweiten Nahrungsmittelbedarf decken zu können und Nahrungsmittelsicherheit zu erreichen. Die Ergebnisse sind in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications erschienen.

Insbesondere der afrikanische Kontinent ist durch eine weit verbreitete Unterernährung der Bevölkerung charakterisiert. Die Getreideart Sorghum stellt in vielen Regionen Afrikas ein unentbehrliches Grundnahrungsmittel dar, weil es sehr hitze- und trockenbeständig ist. Hier können andere Getreidearten aufgrund der extremen klimatischen Bedingungen kaum oder nur mit äußerst geringen Erträgen kultiviert werden. Ein Problem von Sorghumhirse ist, dass sie verhältnismäßig wenig Energie liefert und so die Nahrungsmittelsicherheit Afrikas nicht gewährleistet.

Bisher lag das Augenmerk der Forschung kaum auf der Verbesserung des Energiegehaltes von Grundnahrungsmitteln, was allerdings insbesondere in Afrika von großer Relevanz wäre. Dabei kommt dem Stärkestoffwechsel eine zentrale Rolle zu, da der Großteil des Energiegehaltes eines Getreidekorns in Form von Stärke vorliegt. „Wir haben eine natürlich vorkommende genetische Ausprägung des im Stärkestoffwechsel involvierten Enzyms Pullulanase identifiziert, welches die Verdaulichkeit der Sorghumhirse verbessert und deren Energiegehalt erhöht“, sagt Anna Kristina Rada, Masterstudentin vom Department für Nutzpflanzenwissenschaften der Universität Göttingen. Sie hat in Gatton (Queensland, Australien) Feldversuche während eines Forschungsaufenthaltes an der University of Queensland durchgeführt.
Mutationen von Genen, die eine Rolle im Stärkestoffwechsel spielen, führen manchmal zu negativen Effekten im Ertrag. Folglich ist der Nutzen solcher Gene für den Einsatz in modernen Zuchtprogrammen gering. „Erfreulicherweise führt die entdeckte Gen-Ausprägung des Pullulanase-Enzyms, unabhängig vom genetischen Hintergrund, zu erhöhter Verdaulichkeit, ohne sich dabei negativ auf das Wachstum oder den Ertrag der Pflanze auszuwirken. Somit kann dieses Gen nahezu uneingeschränkt Anwendung in der modernen Pflanzenzucht finden und dabei zu einer Steigerung des Energiegehalts von Sorghumhirse führen“, sagt Anna Rada. Das Gen hat somit das Potenzial, die Nahrungsmittelsicherheit insbesondere in Regionen, die durch extreme Anbaubedingungen gekennzeichnet sind, zu steigern – ohne dabei den Verbrauch an knappen Ressourcen wie landwirtschaftlicher Fläche oder Wasser zu erhöhen.

Originalveröffentlichung: Gilding et al. (2013) “Allelic variation at a single gene increases food value in a drought-tolerant staple cereal”. Nature Communications, http://dx.doi.org/10.1038/ncomms2450

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