Hafer gibt Genetik-Geheimnisse preis
Rispen von Kulturhafer: Das entschlüsselte Pangenom macht sichtbar, welche Gene Ertrag, Anpassung und Blühzeitpunkt steuern.
Hafer gibt Genetik-Geheimnisse preis
Forscher entschlüsseln Pangenom und Herkunft des Getreides
Ein schwer zu durchschauender Kandidat war der Hafer schon: Sein Erbgut ist außergewöhnlich groß und kompliziert. Doch Forschende unter Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben haben das Pangenom des Hafers entschlüsselt. Die Ergebnisse erklären, wie sich der Hafer an verschiedene Lebensräume angepasst hat. Mit diesem Wissen lassen sich nun leichter klimaangepasste Sorten für das Klima von morgen züchten und die Fruchtfolgen vielfältiger und widerstandsfähiger machen.
Rispen von Kulturhafer: Das entschlüsselte Pangenom macht sichtbar, welche Gene Ertrag, Anpassung und Blühzeitpunkt steuern.
Die Genbank am IPK Gatersleben: Hier lagern viele der Haferlinien, deren genetische Informationen in das neue Pangenom eingeflossen sind.
Hafer ist ein gesundes Lebensmittel. Er senkt den Cholesterinspiegel, liefert Ballaststoffe und ist von Natur aus glutenfrei. Trotzdem gilt er im Vergleich zu den „großen“ Kulturen wie Weizen, Reis oder Mais als „Orphan Crop“ oder „Waisenpflanze“, ein Begriff für Nutzpflanzen, die auf dem Weltmarkt, in der Wissenschaft und Pflanzenzüchtung eher eine untergeordnete Rolle spielen und nur als Nischenfrüchte gelten, die in begrenztem Umfang angebaut werden.
Komplexes Erbgut und „mehrfache Domestizierung“
Nichtsdestotrotz ist es wichtig, auch an solchen Pflanzen zu forschen. Dies haben zwei internationale Studien gemacht und lieferten ein umfassendes genetisches Gesamtbild der Kulturpflanze. Die Wissenschaftler entschlüsselten das Pangenom und Pantranskriptom des Hafers. Das ist umso bedeutender, weil Kulturhafer (Avena sativa) sechs Chromosomensätze besitzt, die aus drei unterschiedlichen Ur-Genomen stammen. Das hat den Hafer zwar über Jahrtausende zu einer robusten Pflanze gemacht, die genetische Analyse und damit die Haferzüchtung aber extrem erschwert.
Das neu ermittelte Pangenom des Hafers ist eine Art Gesamtkatalog aller Gene, die in verschiedenen Sorten und Linien vorkommen. Es wurde aus 33 internationalen alten und neuen Hafersorten sowie wilden Verwandten ermittelt. Diese genetische Landkarte zeigt alle „Pflichtgene des Hafers als Serienausstattung“ und die weiteren Gene als optionale Zusatzausstattung, die es ihm ermöglichen, sich an Hitze, Trockenheit oder Krankheiten anzupassen. „Mit unserem Pangenom zeigen wir, wie groß die genetische Vielfalt im Hafer wirklich ist. Das hilft, besser zu verstehen, welche Gene für Ertrag, Anpassung und Gesundheit wichtig sind“, erklärt Studienautor Dr. Raz Avni.
Interessant sind auch Erkenntnisse aus der wiederholten Umordnung von Chromosomen als Inversion oder Translokation: Die Inversion auf Chromosom 7D steht etwa mit dem Blühzeitpunkt in Verbindung: Linien mit der einen Chromosomenvariante blühen im Durchschnitt einige Tage früher als andere. Diese Erkenntnis kann Züchtenden helfen, Sorten gezielt an unterschiedliche Klimazonen und Tageslängen anzupassen. Eine weitere Besonderheit geht auf australische Züchtungen in den 1970er Jahren zurück und ermöglichte einen hohen Ertrag, erschwert aber den Genaustausch bei Kreuzungen. Außerdem haben die Wissenschaftler ein Pantranskriptom des Hafers erstellt – eine Übersicht, wann und wo Gene im Hafer aktiv sind – und konnten damit zeigen, dass die Aktivitätsmuster vieler Gene eng mit der geografischen Herkunft der Haferlinien zusammenhängen. Offenbar spiegeln sich darin die feinen Anpassungen an Klima, Licht und Boden wider, die über Jahrtausende entstanden sind.
Ein weiteres Forscherteam untersuchte die Herkunft des Hafers näher. Es zeigte sich, dass die Wildform Avena sterilis aus mindestens vier unterschiedlichen genetischen Populationen besteht, die jeweils mit bestimmten Regionen im Mittelmeerraum und Nahen Osten verknüpft sind. Eine weitere Erkenntnis ist, dass der Hafer mehrfach domestiziert wurde – also unabhängig voneinander in verschiedenen Regionen aus Wildpopulationen hervorging. Das umfassende neue genetische Wissen erlaubt es, Züchtungsprogramme gezielter zu planen – ein Meilenstein in der Haferforschung und die Weichenstellung für den Hafer von morgen.
Quelle: pflanzenforschung.de
