Hirse auf der Überholspur

Doppelte Kornanzahl durch Senkung der Jasmonsäurekonzentration

11.11.2019 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

In Europa fristet Sorghum-Hirse bisher noch ein Nischendasein, doch sie böte sich als eine Alternative zu anderen Getreidearten an. (Bildequelle: © iStock.com/joannawnuk)
In Europa fristet Sorghum-Hirse bisher noch ein Nischendasein, doch sie böte sich als eine Alternative zu anderen Getreidearten an. (Bildequelle: © iStock.com/joannawnuk)

Wenn man in Hirsepflanzen die Konzentration des Hormons Jasmonsäure verringert, lässt sich die Kornanzahl verdoppeln. Auch der Ertrag steigt deutlich. Hirse könnte so auch für europäische Landwirte interessanter werden.

In Afrika ist die Sorghum-Hirse das bedeutendste Getreide. Die Pflanze mit den vielen kleinen Körnern an ihren Rispen dient als Nahrungs- und Futtermittel. Ihre Blätter und Stängel werden zum Heizen und Bauen verwendet.

Ein internationales Forscherteam hat jetzt gezeigt, dass sich durch Ausschalten des Gens MSD2 die Kornanzahl an den Hirserispen verdoppeln lässt. MSD2 kodiert für eine Lipoxygenase (LOX), die den ersten Schritt der Jasmonsäure-Biosynthese katalysiert. Ähnliches berichteten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter Leitung von Zhanguo Xin und Doreen Ware vom US-amerikanischen Landwirtschaftsministerium bereits im vergangenen Jahr. Damals stand das Gen MSD1 im Fokus, dass das Gen MSD2 reguliert. Die aktuelle Arbeit zeigt, dass MSD2-defizitäre Pflanzen die gleiche Blütchenfruchtbarkeit aufweisen wie solche, denen MSD1 fehlt.

Weniger Jasmonsäure, mehr Körner

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Das linke Bild zeigt Körner einer normalen Sorghum-Pflanze und sterile Blütchen (grün), die normalerweise keinen Kornansatz haben. Auf dem rechten Bild sieht man, wie sich die Kornanzahl in der Pflanze ohne MSD2-Gen erhöht hat, weil jetzt sämtliche Blütchen Körner ansetzen können. Sterile Blütchen kommen hier nicht mehr vor.

Quelle: © Ware lab/CSHL, 2019

Beide Gene verringern die Konzentration von Jasmonsäure. „Wenn man dieses Pflanzenhormon verringert, beginnt eine Entwicklung, die normalerweise nicht stattfindet“, sagt Nicholas Gladman, Post-Doc und einer der Autoren der Studie.

Um das zu verstehen, muss man sich zunächst genauer mit der Architektur von Hirserispen beschäftigen. Sie bestehen aus zwei Arten von Ährchen. Die sogenannten sessile spikelets sind direkt mit dem Blütenstand verbunden, aus ihnen entstehen Blüten und Körner. Die pedicellate spikelets sind über einen kurzen Blütenstiel mit dem Blütenstand verbunden. Sie bilden im Lauf der Entwicklung weder Stempel noch Blütenstand aus, können nicht bestäubt werden und sterben ab. Sind MSD2 oder MSD1 ausgeschaltet, wird das Absterben verhindert.

Doppelte Kornzahl heißt nicht doppelter Ertrag

„Eine Verdoppelung der Kornzahl heißt natürlich nicht, dass sich dadurch auch der Ertrag verdoppelt“, relativiert Thorsten Schnurbusch die Ergebnisse. Schnurbusch forscht am IPK Gatersleben ebenfalls zur Architektur von Pflanzen, war an dieser Studie jedoch nicht beteiligt.

Um all die zusätzlichen Körner zu füllen, müsste die Pflanze auch viel mehr Nährstoffe aus dem Boden erhalten und diese von der Wurzel bis in die Blütenstände transportieren. Wahrscheinlich würden die MSD1- oder MSD2-defizitären Pflanzen daher zwar mehr, aber kleinere Körper ausbilden oder einige Blütchen an der Spitze des Blütenstandes absterben. Ertragssteigerungen von fünf bis zehn Prozent hält Schnurbusch jedoch durchaus für möglich.

Ertrag wird von vielen Genen bestimmt

Wenn man bedenkt, dass sonst beispielsweise beim Weizen eine jährliche Ertragssteigerung von nur einem halben bis einem Prozent die Regel ist, ist dieses Ergebnis jedoch gewaltig. „Ertrag ist eine Eigenschaft, die von so vielen Genen bestimmt wird, dass eigentlich immer nur kleine Fortschritte möglich sind“, erklärt Schnurbusch. „Wenn es das eine ertragssteigernde Gen gäbe, hätten wir es ja längst gefunden.“

Genügsame Hirse als Alternative zu Roggen, Triticale oder Gerste

In Europa fristet Sorghum-Hirse bisher noch ein Nischendasein. Doch im Jahr 2018 ist die Anbaufläche um sechs Prozent auf 146.000 Hektar gewachsen, berichtet der europäische Sorghum-Verband „Sorghum ID“. Da die Pflanze trockenes und heißes Klima gut verkraftet, könnte sie in Zukunft auch hierzulande an Bedeutung gewinnen. Gerade in Ostdeutschland, wo Landwirte in den vergangenen Hitzesommern häufig vor vollkommen verdorrten Feldern standen, böte sich Hirse als eine Alternative zu anderen Getreidearten wie z. B. Roggen, Triticale oder Gerste an.

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