Ursprung des kultivierten Reis`: Variationen im Reisgenom schaffen Klarheit

Die Kultivierung von Feldfrüchten war ein langwieriger Selektionsprozess, der einer der größten Fortschritte für die menschliche Zivilisation bedeutete. Da Reis bis heute zu den wichtigsten Grundnahrungsmitteln in der menschlichen Ernährung gehört, zählt die Kultivierung des heutigen Reis` (Oryza sativa L.) zu den bedeutendsten Entwicklungsprozessen in der menschlichen Geschichte. Die Unterart indica des Kulturreises (Oryza sativa ssp. indica) wird auch als Langkorn, Basmati-Reis oder Patna-Reis bezeichnet. Oryza sativa ssp. japonica wird als Klebreis oder Risotto z.B. für Sushi verwendet.

Trotz der Tatsache, dass Reis sogar ein Modellsystem für Pflanzenbiologen ist, sind drei wichtige evolutionsgeschichtliche Fragestellungen immer noch nicht vollständig geklärt:

1. Wo liegt der geographische Ursprung des kultivierten Reis`?

2. Welcher O. rufipogon Typ diente dem heutigen Reis als direkter wilder Vorfahre?
3. Resultieren die zwei Unterarten des kultivierten Reis`, indica und japonica, aus einer einzigen oder aus mehreren Kultivierungen?

Diese Fragen werden seit geraumer Zeit von Wissenschaftlern kontrovers diskutiert. Zahlreiche genetische und archäologische Studien wurden bereits durchgeführt, um die phylogenetische Abstammung des Reis` zu klären und um die demographische Geschichte der Reiskultivierung zu beleuchten.

Zunächst wiesen phylogenetische Untersuchungen auf molekularer Ebene darauf hin, dass indica und japonica unabhängig voneinander entstanden sind. In einer darauffolgenden Studie wurde jedoch entdeckt, dass beide Unterarten dasselbe Allel für ein wichtiges Kultivierungsgen tragen, was wiederum eher für einen gemeinsamen Ursprung spricht.

Eine im letzten Jahr an SNP-Markern von 630 Genfragmenten durchgeführte demographische Analyse weist ebenfalls auf einen gemeinsamen Kultivierungsursprung von Reis hin. Damit schien der Ursprung geklärt. Bis kurz darauf eine Studie basierend auf genetischen Populationsanalysen mit genomweiten Daten von kultiviertem und wilden Reis veröffentlicht wurde. Diese wies darauf hin, dass die Genome von indica und japonica wohl doch unterschiedlichen Ursprungs sind.

Aufklärung oder ein neuer Zwischenstand

Auf der Suche nach wissenschaftlichen Antworten auf diese evolutionsgeschichtlichen Fragen, erzeugten Forscher nun Genomsequenzen von 446 geographisch unterschiedlichen Typen der Wildreisart Oryza rufipogon, dem unmittelbaren Vorfahren des kultivierten Reis`. O. rufipogon und O. oryza unterscheiden sich in zahlreichen morphologischen und physiologischen Eigenschaften. Außerdem generierten die Wissenschaftler Genomsequenzen von 1.083 kultivierten indica und japonica Variationen, um eine Karte zu erstellen, anhand derer sich Reisgenomvariationen vergleichen lassen.

Auf der Suche nach Merkmalen für eine Selektion identifizierten die Forscher 55 molekulare Signaturen, die während der Kultivierung aufgetreten sind. Die genetischen Merkmale, die mit der Kultivierung in Verbindung stehen, wurden von den Wissenschaftlern über hochauflösende genetische Karten analysiert. Ihre Untersuchungen zeigten, dass Reis der Art Oryza sativa japonica zuerst von einer spezifischen Population von O. rufipogon im mittleren Gebiet um den 177 km langen Perlstrom im südlichen China kultiviert wurde. Oryza sativa indica Reis wurde nachfolgend aus Kreuzungen zwischen japonica Reis und lokalem Wildreis gezüchtet, da sich die ursprünglichen Sorten in den Südosten und nach Südasien ausbreiteten.

Ob die Herkunft des Reis` damit endgültig geklärt sein wird, bleibt abzuwarten. Für die Forscher entscheidender ist, dass diese Erkenntnisse helfen werden, aktuelle Züchtungsprogramme effizienter und zielführender zu gestalten. Denn ein besseres Verständnis der genetischen Vielfalt fördert deren züchterische Nutzung.
Quelle:
Huang, X. et al. (2012): A map of rice genome variation reveals the origin of cultivated rice. In: Nature, online publication, 3. Oktober 2012, doi:10.1038/nature11532.