Mit Drohnen und Laser dem Klimawandel begegnen
Mithilfe von Drohnen werden die Zuckerrüben auf dem Feld phänotypisiert und ausgewertet.
Forschungsprojekt BeetAdapt verbessert die Anpassungsfähigkeit von Zuckerrüben
Zucker wird in Europa meist aus Zuckerrüben gewonnen. Sie gehören daher zu den bedeutenden landwirtschaftlichen Nutzpflanzen. Ihr Anbau wird durch Schädlinge wie die Schilf-Glasflügelzikade gefährdet, aber auch der Klimawandel macht ihnen zu schaffen. In heißen Sommern legen sich Zuckerrüben beispielsweise „schlafen“, wenn sie nicht genügend Wasser bekommen. Dann müssen sie beregnet werden. Im Forschungsprojekt BeetAdapt wird mit Technologien wie Genom-Editierung und automatisierter Phänotypisierung gearbeitet, um Zuckerrüben unter anderem widerstandsfähiger gegen Trockenstress zu machen. Dabei werden auch Drohnen und Bilderkennungssoftware eingesetzt.
Mithilfe von Drohnen werden die Zuckerrüben auf dem Feld phänotypisiert und ausgewertet.
Die Zuckerrübe wird auch „Königin der Feldfrüchte“ genannt. Sie gehört mit Raps, Weizen oder Gerste zu den Hauptkulturen im Ackerbau. Aus 1 Kilogramm Zuckerrübe lassen sich etwa 200 Gramm Zucker gewinnen. Doch der Klimawandel mit anhaltender Hitze und Trockenheit im Sommer macht auch vor der Zuckerrübe nicht Halt, und Schädlinge wie die Schilf-Glasflügelzikade verursachen große Ernteverluste, indem sie Krankheiten wie „Syndrome Basses Richesses“ (SBR) auf Zuckerrüben übertragen, sodass der Zuckergehalt in der Rübe sinkt.
Neues Forschungsprojekt BeetAdapt
Im interdisziplinären Forschungsprojekt BeetAdapt werden moderne Methoden und Technologien in der Pflanzenzüchtung wie Genome Editing, Lasertechnologie zur DNA-freien Transformation und drohnengestützte Bildgebung sowie KI-gestützte Analyseverfahren angewandt und weiterentwickelt. Ziel ist, klimaresiliente Zuckerrübensorten zu entwickeln, die eine bessere Krankheitsresilienz, Hitzetoleranz und Ertragssicherheit haben. Projektpartner sind das Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie, die Justus-Liebig-Universität Gießen, die Universität Hohenheim, das Institut für Zuckerrübenforschung und das Züchtungsunternehmen Strube D&S GmbH. BeetAdapt legt die Grundlage für die zukünftige Zuckerrübenzüchtung. Außerdem soll die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Pflanzenzüchtung und letztendlich auch die Ertragssicherheit in der Landwirtschaft und ihrer Lieferketten gestärkt werden.
Transformationsmethoden etablieren
Wie gehen Wissenschaftler vor? Mit dem CRISPR-Cas9-System und einer zweiten, derzeit in Pflanzen wenig erprobten Endonuklease sollen gezielt Doppelstrangbrüche in der DNA erzeugt werden. Diese werden von der Pflanze meist nicht exakt repariert – und führen so zu gewünschten Veränderungen im Erbgut. Die Zuckerrübe gilt jedoch als besonders schwierig zu transformieren, also gezielt genetisch zu verändern. Gängige Methoden liefern oft nur unzureichende Ergebnisse. Nun wurde eine neue Technik entwickelt: LIST - kurz für „Laser-induzierte Schockwellen-Transformation“. Bei der Modellpflanze Tabak (Nicotiana tabacum) funktioniert dieses Verfahren bereits zuverlässig. Nun soll geprüft werden, ob sich damit auch bei der Zuckerrübe stabile Erfolge erzielen lassen.
Bearbeitung von Stressreaktionen durch Genom-Editierung
Auch die Toleranz gegenüber Nematoden soll verbessert werden, indem ein Gen editiert wird, sodass die Pflanzen bessere Abwehrmöglichkeiten gegen Nematoden haben. Ein weiteres Ziel-Gen mit Auswirkungen auf die Toleranz der Pflanzen gegenüber Salz- und Trockenstress soll durch Genom-Editierung bearbeitet werden, um die Zuckerrüben robuster zu machen. Das letzte Bearbeitungsziel des Forschungsprojekts ist die genetische Schossregulation. Zuckerrüben sind zweijährige Pflanzen, die im ersten Jahr ihre Blätter und die Rübe ausbilden. Im zweiten Jahr erst bilden sie ihre Blütenstände, woraus dann die Samen entstehen.
Manche Pflanzen gehen - bereits im ersten Jahr in die Blüte, sie „schossen“ und treiben dann weithin sichtbar in die Höhe. Für Landwirte sind sie „Unkraut“, das mit der Hand entfernt werden muss. Auch die Phänotypisierung, also die systematische Erfassung sichtbarer und physiologischer Eigenschaften von Pflanzen wird durch Drohnen und KI im Vergleich zur manuellen Bonitierung im Feld enorm verbessert. Die Bilddaten werden mithilfe künstlicher Algorithmen automatisch ausgewertet. Am Ende soll BeetAdapt Zuckerrüben fit für den Klimawandel machen.
Quelle: pflanzenforschung.de
