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Was Klimawandel mit "Ortsschildern" im Roggenerbgut zu tun hat

24.02.2009
Wissenschaftler des Julius Kühn-Instituts sichern Zukunft des Mischbrotes indem sie Werkzeuge für die Züchtung angepasster Roggensorten entwickeln

Um auf Reisen zu wissen, dass man auf dem richtigen Weg ist, reicht meist ein Hinweisschild mit Ortsnamen aus. Ähnlich gehen Züchtungsforscher des Julius Kühn-Instituts (JKI) vor, um Roggensorten zu finden, die an Klimawandel und neue Schaderreger angepasst sind.

Damit sie sich rascher im Erbgut des Roggens zurechtfinden, suchen sie nach Gen-Markern. So nennen die Fachleute Ortsschilder im Erbgut, die z. B. auf ein Krankheitsresistenz-Gen hinweisen. Gelingt der Nachweis der flankierenden Ortsschilder, so ist mit hoher Wahrscheinlichkeit auch der Gen-Ort selbst in der Nähe. Bisher waren nur wenige Gen-Orte auf der Roggenlandkarte bekannt.

Durch einen Vergleich des Roggen-Erbguts mit dem des Reis ist es JKI-Forschern und ihren Partnern nun gelungen, zahlreiche weiße Flecken auf der Roggenkarte zu beseitigen. Sie fanden neue Gen-Marker und konnten sprichwörtlich neue Ortsschilder aufstellen. Die Originalveröffentlichung ist jetzt in der Fachzeitschrift Theoretical and Applied Genetics (siehe unten) erschienen.

Roggenanbau ist eine feste Größe in Deutschland und Nordosteuropa, wo Roggenmischbrote täglich auf der Speisekarte stehen. "Im Roggenerbgut schlummern Schätze, etwa Resistenzgene gegen Krankheiten oder jene Stresstoleranz-Gene, die Roggen auch auf sandigen, trockenen und nährstoffarmen Böden gut gedeihen lassen", erklärt Dr. Bernd Hackauf vom Julius Kühn-Institut. Hinsichtlich des Klimawandels sei der Roggen durchaus im Vorteil gegenüber seinen anspruchsvollen Verwandten Weizen oder Gerste. Die genetischen Grundlagen des Roggens werden nur von wenigen Arbeitsgruppen erforscht. Umso erfreulicher ist, dass der vergleichenden Ansatz mit dem verwandten Reis der deutsch-finnisch-niederländischen Arbeitsgruppe zur besseren Orientierung im Roggengenom verhilft.

Die beiden getrennten Arten Reis und Roggen gehören zur Familie der Süßgräser und besitzen gemeinsame Vorfahren. "Daher sind die Reihenfolgen ihrer Gene auf den Chromosomen über weite Strecken einander noch sehr ähnlich", erläutert Hackauf die Ausgangslage. Reis war auch deshalb als Vergleichpartner geeignet, da sein Erbgut vollständig entschlüsselt vorliegt.

Das Reisgenom ist mit seinen etwa 30.000 Genen das kleinste unter den Getreidegenomen. Mit Hilfe von 348 Gen-Markern konnte jedem der 7 Roggenchromosomen eine ähnliche Genregion auf den 12 bekannten Reischromosomen zugeordnet werden. "Das mag sich anhören wie ein Tropfen auf dem heißen Stein", so Hackauf. Der Züchtungsforscher aus dem mecklenburgischen Groß Lüsewitz rechnet jedoch vor, dass sich schneller weitere Marker finden lassen wenn man weiß, welcher Marker in welcher Genregion steht. Mehr Marker bedeuten mehr Ortsschilder, mehr Ortsschilder bedeuten rasche Orientierung. Je besser sich die Forscher mittels der Gen-Marker im Roggenerbgut zurechtfinden, desto schneller können sie jene Gene dingfest machen, die dem Roggen zu seinen einzigartigen Eigenschaften verhelfen. Damit haben sie einen bedeutenden Schritt bei der Präzisions-Züchtung neuer, besser angepasster Roggensorten getan. Für die Verbraucher bedeutet dies, dass sie trotz Klimawandel auch in Zukunft nicht auf ihr Roggenbrot verzichten müssen.

Originalartikel: Hackauf B, Rudd S, van der Voort JR, Miedaner T, Wehling P (2009) Comparative mapping of DNA sequences in rye (Secale cereale L.) in relation to the rice genome. Theor. Appl. Genet., Vol.118, S.371-384

Hintergrundinformation zur Präzisionszüchtung bzw. Smart Breeding:
Bei der klassischen Methode müssen die Züchter nach der Kreuzung aus hunderttausenden Pflanzen jene aufspüren, die genau die gewünschten Eigenschaften geerbt haben. Diese Aufgabe kann Jahrzehnte dauern, gleicht sie doch der Suche nach der berühmten Nadel im Heuhaufen. Smart Breeding bzw. Präzisionszüchtung verkürzt den Prozess enorm. Dabei werden, ähnlich wie in der Kriminalistik, so genannte Gen-Marker eingesetzt, kurze DNA-Schnipsel, die eine bekannte Abfolge von Erbgutbausteinen aufweisen. Diese Schnipsel variieren in der Abfolge (Sequenz) ihrer Bausteine von Pflanze zu Pflanze. Mit ihrer Hilfe lässt sich schnell erkennen, ob in einer Pflanze die gewünschten Gene vorhanden sind oder nicht. JKI-Forschern ist es mit solch einem Ansatz beispielsweise gelungen, Roggenpflanzen aufzuspüren, die während der Blüte sehr viel Pollen ausschütten und somit weniger anfällig für den Befall mit dem Mutterkorn-Pilz sind, einem gefährlichen Ähren-Parasiten. Mit der Präzisionszüchtung könnten auch Genvarianten für niedrige Gehalte an unerwünschten oder gefährlichen Stoffen - wie Allergene oder Giftstoffe - gezielt aufgespürt werden.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dr. Bernd Hackauf
Julius Kühn-Institut - Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen
Institut für Züchtungsforschung an landwirtschaftlichen Kulturen Groß Lüsewitz
Rudolf-Schick-Platz 3a, 18190 Sanitz
Tel.: 038209 / 45-207
E-Mail: bernd.hackauf@jki.bund.de

Stefanie Hahn | idw
Weitere Informationen:
http://www.jki.bund.de

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