Biomasse durch Biodiversität

Mais ist eine wichtige Energiepflanze. Um seine diesbezüglichen Eigenschaften weiter zu optimieren, analysiert das Projekt Plant-KBBE CORNFED das Erbgut von 2.700 Maislinien.

Mais ist nicht nur ein Lebens- und Futtermittel, Mais ist auch ein immer wichtiger werdender erneuerbarer Rohstoff. In Nordamerika dient er vor allem der Herstellung von Bioethanol, in Europa ist er als Energiemais auf dem Vormarsch, der als Silage Ausgangsmaterial der Biogaserzeugung ist. Welche genetischen Eigenschaften eine Maissorte zu einem guten Energiemais machen, also vor allem die Biomasse erhöhen, erforscht das Projekt CORNFED.

2.700 unterschiedliche Maislinien untersuchen die vier deutschen Projektpartner, die Universität Hohenheim, die Technische Universität München, das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung Gatersleben und die KWS SAAT AG. Dabei arbeiten die deutschen Partner  mit Forschungseinrichtungen in Frankreich und Spanien zusammen. Dort sind die Wissenschaftler allerdings an anderen Maiseigenschaften interessiert: Trockentoleranz in Frankreich, Kühletoleranz in Spanien.
2.000 Maislinien selbst erzeugt.

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Bei der Auswahl bzw. der Erzeugung der 2.700 Maislinien verfolgt GABI-CORNFED zwei verschiedene Ansätze: 700 Linien existierten bereits, vor allem historisch wichtige Inzuchtlinien aus Europa wie der europäische Flint, aber auch Dentlinien aus den USA sowie aus tropischen Regionen. Die übrigen 2.000 Linien erzeugen die Forscher selbst: Je eine Inzuchtlinie steht im Zentrum, gepaart mit zehn anderen Linien, woraus schließlich aus jeder Kreuzung  100 neue, doppelhaploide Linien entstehen. Doppelhaploide Pflanzen sind vollständig reinerbig, weil sie aus der Verdoppelung der Chromosomen von Eltern mit nur einem Chromosomensatz entstanden sind.

Alle 2.700 Linien müssen die Projektpartner zunächst anbauen und deren phänotypische Eigenschaften dokumentieren. Aufwändig war das vor allem für doppelhaploide Typen wie den europäischen Flint. Dann gilt es, die für diese Eigenschaften relevanten Gene zu bestimmen. Dazu erstellen die Forscher eine hochauflösende Karte der Genome anhand so genannter SNPs (sprich: Snips). Diese Abkürzung steht für Single Nucleotide Polymorphisms, also Veränderungen einzelner Basenpaare der DNS. Besonders an diesen Punktmutationen ist, dass sie nicht einzelne Pflanzen betreffen, sondern mit einer gewissen Häufigkeit in der gesamten Population auftreten.

Neue Kartierungsmethode genutzt

Besonders ist auch die Methode, die die Forscher einsetzen: Das „Joint Linkage Association Mapping“ vereint zwei unterschiedliche Kartierungstechniken, das „Linkage Mapping“ und das „Association Mapping“. Das „Linkage Mapping“ beschreibt, wie häufig zwei Merkmale gemeinsam vererbt werden. Je häufiger es zwischen zwei Merkmalen zur Rekombination kommt, desto weiter sind sie vermutlich voneinander entfernt. Das „Association Mapping“ untersucht, ob ein Merkmal (meist ein SNP) in einem bestimmten Phänotyp häufiger auftaucht, als statistisch zu erwarten wäre. So können Eigenschaften aufgespürt werden, die erst relativ kurz in einer Population existieren.

Diese Karten, in denen die Positionen agronomisch wichtiger Gene anhand von SNPs markiert sind, sind eines der zwei Produkte von CORNFED. Zunächst sollen diese Daten allen Projektpartner dabei helfen, ihre jeweiligen Züchtungsziele weiter zu verfolgen. Später sollen die Karten allen Pflanzenforschern verfügbar gemacht werden. Das zweite Produkt sind selbstverständlich die 2.700 Linien, deren Genotyp über das Projekt hinaus erhalten werden soll. Außerdem erwarten die Forscher, genaueres Wissen über die Wirkung von so manchem Maisgen zu erlangen – zahlreiche Grundlagen also, die Züchter nutzen können, um den Energiemais weiter zu optimieren.