Phänotypisierung

Was passiert im Inneren von Pflanzenorganen, wenn Pflanzen auf Umweltreize reagieren? Die Phänotypiserung nutzt nicht-invasive Techniken um Pflanzeneigenschaften zu quantifizieren und zu vermessen. (Quelle: © iStockphoto.com / redmal)

Damit Genomanalysen für die Pflanzenzucht breit eingesetzt werden können, ist die Entwicklung von Erkennungsmethoden notwendig, um die gewünschte Merkmalsausprägung einer Pflanze (Phänotyp) auch schon in jungen Stadien zu erkennen. Einen essentiellen Beitrag dazu soll der Forschungsbereich der Phänotypisierung leisten. „Bei der Phänotypisierung geht es darum, das Wissen über molekularbiologische Prozesse in die Praxis umzusetzen“, erklärt Ulrich Schurr, Leiter des Instituts für Pflanzenwissenschaften im Forschungszentrum Jülich und Koordinator des aktuell gestarteten deutschen Phänotypisierungs-Netzwerkes DPPN. „In der Praxis entsteht die Pflanze ja durch die Interaktion des Genoms, also dem Werkzeugkasten der Pflanze, und der konkreten Umwelt. Der Phänotyp ist also letztendlich was aus der gekoppelten Information von Genotyp und Umwelt entsteht. … Mit nicht-invasiven Methoden können wir sogar Merkmale erfassen, die sich mit der Zeit ändern. Wenn wir dafür jedes Mal, die Pflanze „schlachten“ müssten, um beispielsweise die Biomasse zu messen, ist die Trendschärfe zwischen verschiedenen Merkmalen denkbar schlechter, als wenn ich dynamische Daten zur Verfügung habe.“ Erklärt Ullrich Schurr.

Zu solchen nicht-invasiven Methoden, die einen detaillierten Blick ins „Innere“ der Pflanze erlauben, gehören Highend-Methoden aus der Medizin wie die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) oder die Magnetresonanztomographie. In anderen Projekten werden mittels Gaschromatografie metabolische Profile erstellt, die auf die spätere Ertragsleistung der Nachkommen schließen lassen. Das Projekt OPTIMAL zeigte beispielsweise eine starke Korrelation bestimmter Schlüsselsubstanzen in jungen Maispflänzchen mit deren späteren Biomasseertrag.

Auch in Kartoffel-, Getreide- und Raps-Zuchtprogrammen wie QUEST, HYWHEAT und PRE-BREED-YIELD kombinieren Forscher Genomdaten mit Phänotypisierungsmethoden, um neue, genetische Marker zu identifizieren, mit denen sich Stärkegehalt, Samenertrag oder Kältetoleranz der Nachkommen vorhersagen lassen.