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Forschung & Technik
28.11.2017

Forschungsziel Trockenstresstoleranz

Kein Wasser, kein Wachstum. Es ist ein natürlicher Schutzmechanismus vieler Pflanzen, dass sie bei Dürre das Wachstum einstellen. Die Folge: deutlich geringere Ernten. Foto: Angelika Sontheimer

Pflanzen sollen mit weniger Wasser auskommen

Wasser ist ein knappes Gut. Auch für die Landwirtschaft ist ein effizienterer Umgang mit der knappen Ressource ein wichtiges Ziel der Pflanzenzüchtung und im Anbau. Trockenstresstolerante Sorten können helfen, das vorhandene Wasser besser zu nutzen.

Die Landwirtschaft tut viel, um den Wasserverbrauch zu reduzieren: Angepasste Bewässerungssysteme mit weniger Verdunstung, geänderte Fruchtfolgen und Bearbeitungsverfahren sind einige der Maßnahmen. Pflanzen mit hoher Wassernutzungseffizienz sind eine weitere Möglichkeit, so viel Biomasse wie möglich mit so wenig Wasser wie möglich zu produzieren. Doch es ist nicht einfach, solche Sorten mit einer höheren Trockenstresstoleranz zu züchten, denn die Anlage dazu liegt nicht auf einem einzigen Gen, sondern wird von vielen genetischen Faktoren beeinflusst. Beim Züchten wird oft nicht der gesamte genetische Hintergrund an die Nachkommen weitervererbt. Hinzu kommt, dass stresstolerante Pflanzen nur bei Wassermangel bessere Erträge als herkömmliche Sorten bringen, bei guten Bedingungen aber im Ertrag weit hinterherhinken.

Die Abwehr der Pflanzen bei Trockenstress

Manche Pflanzen verstärken bei Trockenheit ihr Wurzelwachstum, um an Wasser in tieferen Bodenschichten heranzukommen. Andere Pflanzen stellen dagegen das Wachstum ein. Einige Pflanzen schließen ihre Spaltöffnungen, wieder andere haben Schlüsselproteine und Hormone als Anti-Trockenstresssubstanzen.

Die Möglichkeiten der Züchtung

Bei der Züchtung auf Trockenstresstoleranz nutzen Pflanzenzüchter moderne molekularbiologische Kreuzungszüchtung, Gentechnik, aber auch die neuen Möglichkeiten des Genome Editing (CRISPR). In der klassischen Züchtung ist es vor allem das „Smart breeding“, mit dem in den letzten Jahren große Fortschritte erzielt worden sind. Die Züchter suchen in den Herkunftsregionen der jeweiligen Kulturarten nach seltenen, bisher kaum bekannten Wildarten oder Landrassen, die besonders gut an Trockenheit angepasst sind, und versuchen, die „Trockenstress-Gene“ und Genabschnitte (Marker) zu finden. Mittels Gentechnik wurde beispielsweise in den USA der DroughtGard-Mais gezüchtet. Er besitzt ein Gen aus Bacillus subtilis-Bakterien, das für die Bildung des „Kälte-Schock-Proteins“ sorgt, das bei Wassermangel dazu beiträgt, wichtige Zellfunktionen aufrechtzuerhalten. Auch mit Genome Editing (CRISPR/Cas) werden große Erfolge beim Mais erzielt: Wissenschaftler haben herausgefunden, dass ein bestimmtes Protein (ARGOS8) die Empfindlichkeit der Zellen gegenüber dem Wachstumshormon Ethylen senkt. Produziert die Pflanze mehr ARGOS8-Protein, reagiert sie bei Stress robuster und stellt nicht wie sonst bei Wassermangel das Wachstum ein. Mit der CRISPR-Methode gelang es, den Schalter (Promotor) des ARGOS8-Gens so umzuschreiben, dass es unter Stressbedingungen aktiv bleibt und der so editierte Mais dann bessere Erträge liefert.

Quelle: transgen.de

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