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09:00 23.09.2018
Mit der Entschlüsselung des Weizen-Genoms stehen Forscher vor ganz neuen Möglichkeiten. Quelle: iStockphoto
Hannover

Es war in letzter Zeit wirklich nicht einfach für den Weizen. Erst konnten die Bauern weniger Fläche bewirtschaften. Schuld waren der Regen und die nassen Böden im Herbst des vergangenen Jahres. Dann, als der Winterweizen wachsen sollte, fehlte der Regen auf einmal. Die Bilanz des Deutschen Bauernverbands 2018: nur 18,6 Millionen Tonnen Winterweizen – 23 Prozent weniger als im Jahr zuvor.

Doch die Menschen brauchen Weizen. Er ist für mehr als ein Drittel der Weltbevölkerung das Grundnahrungsmittel. Und je mehr Menschen auf der Erde leben, desto größer wird die Nachfrage. Gleichzeitig wird der Klimawandel dem Weizen das Leben schwerer machen. Hitze, Dürre, Niederschläge – das alles wird immer mehr Probleme bereiten. Der Weizen muss schnell fit für diese Bedingungen werden.

Forscher und Züchter arbeiten deshalb daran, ihn resistenter zu machen: gegen Schädlinge, gegen Trockenheit, gegen Staunässe – und auch, um seinen Ertrag zu steigern. Doch um das zu tun, muss man den Weizen besser verstehen. Welche Eigenschaften machen eine Sorte geeignet für trockene Böden? Wann wird eine Pflanze immun gegen die Angriffe von Schädlingen? Gibt es Varianten, die besser für Allergiker sind? Die Antworten finden sich verschlüsselt im Genom der Pflanzen. Und Wissenschaftler sind ihnen nun ein gutes Stück näher gekommen.

Ein Genom, fünfmal so groß wie das des Menschen

Es hat länger als ein Jahrzehnt gedauert, doch im August dieses Jahres verkündete eine internationale Gruppe aus mehr als 200 Forschern: Wir haben das Genom des Weizens entschlüsselt. Genauer gesagt, das Genom des Brotweizens, der wichtigsten Weizenart. Noch genauer: 94 Prozent davon.

Aber schon das war extrem kompliziert. Denn das Genom des Brotweizens ist fünfmal so groß wie das des Menschen. Es besteht aus rund 16 Milliarden Basenpaaren, mit vielen sich immer wieder wiederholenden Bereichen. “Das ist, wie wenn man versucht, ein zerrissenes Telefonbuch zusammenzusetzen, in dem zu 80 Prozent der Name Müller steht“, sagt Manuel Spannagl vom Helmholtz-Zentrum München. Das ging nur mit internationaler Zusammenarbeit und neuen technischen Mitteln.

Das Ergebnis der jahrelangen Arbeit ist eine Landkarte des Brotweizengenoms. Darauf können die Forscher nun feststellen, wo welche Gene liegen. Und sie können zum ersten Mal auch sagen, in welcher Nachbarschaft sie sich befinden. “Erstmals haben wir die hunderttausend Gene in ihrem jeweiligen genomischen Kontext“, sagt Nils Stein vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben.

Dieser Kontext spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Gene. Manche von ihnen werden zum Beispiel nur bei der Blüte benötigt, andere dagegen nur in den Wurzeln. Diese Prozesse wollen die Forscher besser verstehen. Aber nicht nur für die Grundlagenforschung ist das entschlüsselte Genom interessant, sondern auch für die Züchtung. Sie soll nun zielgerichteter, effizienter und schneller werden.

Ein guter Anlass dafür sind Resistenzen. “Da ist es oft so, dass sie von einem einzelnen Gen bedingt werden“, sagt Spannagl. Das Gen sorgt dann dafür, dass die Pflanze zum Beispiel immun gegen einen Pilz ist. Wenn man ein solches Gen gefunden hat, kann man zum Beispiel in den vielen verschiedenen Weizensorten nach unterschiedlichen Versionen suchen und die geeignetste für die Züchtung verwenden.

Resistenzen gegen Krankheiten sind gut und wichtig. Aber fragt man Züchter, was sie sich für den Weizen wünschen, sagen sie wahrscheinlich: mehr Ertrag. Nur: “Ertrag ist das komplexeste Merkmal, das man sich wünschen kann“, sagt Stein.

Der Ertrag hängt von verschiedenen Einflüssen ab

Denn der Ertrag hängt von vielen verschiedenen Einflüssen ab, nicht nur genetischen, sondern auch Umweltfaktoren. Man könne allerdings schon mal mit einzelnen Komponenten, die sich auf den Ertrag auswirken, anfangen, sagt Stein. Etwa bei der Anpassung an die Trockenheit.

Aber auch das ist nicht ganz unkompliziert. Eigenschaften wie eine höhere Trockentoleranz werden normalerweise nicht von einem einzelnen Gen gesteuert, sondern von einem Netzwerk. Um diese Netzwerke genau zu verstehen, ist noch viel Forschung nötig. Doch ohne die entschlüsselte Genomsequenz wäre es “praktisch ausgeschlossen, diese Merkmale zu verstehen“, sagt Stein.

Moderne Verfahren der Gentechnik können das alles noch schneller machen. Angenommen, man hat zwei verschiedene Weizensorten: einmal einen sehr guten etablierten und auf der anderen Seite eine vielleicht weniger angepasste Sorte, die aber resistent gegen einen Schädling ist. Dann kann man so lange kreuzen, bis man den guten, etablierten Weizen auch resistent gemacht hat. Das dauert aber Jahre.

Moderne Gentechnikverfahren spielen in Europa praktisch keine Rolle

Wenn man dagegen weiß, dass die Resistenz nur auf einem kleineren genetischen Unterschied zwischen den Sorten beruht, dann könnte man zum Beispiel versuchen, mithilfe einer Genschere den guten, angepassten Weizen ganz gezielt zu verändern. Damit würde man Zeit und Geld sparen.

Doch die modernen Gentechnikverfahren spielen “in Europa praktisch keine Rolle“, sagt Spannagl. Das konnte man auch zuletzt am Urteil des Europäischen Gerichtshofs sehen. Der EuGH hatte entschieden, dass moderne Zuchtverfahren, wie zum Beispiel der Einsatz der Genschere Crispr-Cas unter die strengeren europäischen Auflagen der Gentechnik-Richtlinie fallen und nicht wie andere Züchtungsmethoden behandelt werden.

Kritiker dieser Entscheidung sagen dagegen: Zwischen den Ergebnissen herkömmlicher und moderner Züchtungsverfahren kann man keinen Unterschied erkennen. “Mit diesem Urteil und dem innovationsfeindlichen Klima im Bereich Grüne Gentechnik koppelt sich Europa von diesem potenziellen Fortschritt völlig ab“, sagt Stein. Die Experimente werden dann eben eher in den USA oder China gemacht.

Von Anna Schughart

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