Mit einem Schlag reinerbig und genetisch stabil: die Doppelhaploiden-Technik

Um gewünschte Eigenschaftskombinationen in Pflanzen zu stabilisieren, müssen Züchter die Pflanzen reinerbig machen: Die homologen Chromosomensätze sollen die gleichen Erbinformationen tragen, um eine Aufspaltung der Eigenschaftskombinationen bei den Nachkommen zu verhindern. Früher ging dies nur durch jahrelange Selbstbefruchtung (Inzucht) dieser Pflanzen, heute kommt eine Labormethode zum Einsatz.

Bei der Kreuzungszüchtung wollen die Züchter die nützlichen Eigenschaften zweier Elternlinien in den Nachkommen vereinigen. Zeichnet sich also eine Pflanze beispielsweise durch hohen Ertrag aus und eine andere durch eine Resistenz gegen einen Schaderreger, werden vom Züchter die Nachkommen selektiert, die beide Eigenschaften aufweisen. Doch diese Nachkommen sind mischerbig, denn sie erhalten jeweils einen Chromosomensatz von der Mutter und dem Vater. Werden diese Pflanzen weitervermehrt, werden die mütterlichen und väterlichen Gene in den nachfolgenden Generationen immer wieder neu kombiniert. Die ursprüngliche Eigenschaftskombination – in unserem Beispiel hoher Ertrag und Krankheitsresistenz – geht in vielen Fällen wieder verloren.

Eigenschaftskombinationen müssen stabil an die Nachkommen weitergegeben werden

Für eine Sortenzulassung kommen diese Pflanzen nicht in Frage, da die gewünschte Eigenschaftskombination nicht stabil ist. Um dies zu erreichen, müssen die Züchter diese Eigenschaftskombination zunächst genetisch fixieren, indem sie reinerbige Pflanzen erzeugen. Bei reinerbigen Pflanzen enthalten der mütterliche und väterliche Chromosomensatz die gleichen Allele, die homologen Chromosomensätze sind also identisch.

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Herkömmlicherweise erreicht man dieses Ziel, wenn selbstbefruchtende Pflanzen wie Gerste, Weizen, Hafer oder Erbsen immer wieder mit sich selbst vermehrt werden. Die Pflanzen werden durch den eigenen Pollen befruchtet, noch bevor er die Blüten verlässt. Durch diese Inzucht werden sich der väterliche und mütterliche Chromosomensatz mit der Zeit immer ähnlicher (homogen). Die Pflanzen sind nach mehreren Generationen reinerbig und die gewünschte Eigenschaftskombination somit stabil. Diesen Prozess nennt man Linienzüchtung.

Der Doppelhaploiden-Trick

Dieser langjährige Prozess über viele Pflanzengenerationen hinweg lässt sich aber mit einer Methode stark beschleunigen. Der Trick: Im Labor entfernen die Züchter quasi einen Chromosomensatz und verdoppelt den verblieben. Es entstehen sofort doppelhaploide Pflanzen mit reinerbigen (homozygoten) Chromosomensätzen.

In der Praxis sieht das beispielsweise so aus: Die Züchter isolieren von der Pflanze haploide Pflanzenzellen, zum Beispiel unreifen Pollen. Dieser wird auf geeigneten Kulturmedien zu Pflanzen mit einem einfachen Chromosomensatz regeneriert (haploide Androgenese). Diese enthalten nur das männliche Erbgut, also den halben Chromosomensatz. Die haploiden Pflänzchen werden nach einer Kulturdauer von drei bis vier Wochen mit Colchizin, dem Gift der Herbstzeitlosen behandelt. Colchizin bewirkt, dass die Zellteilung unvollständig bleibt: Die Verdoppelung der Chromosomen findet statt, die anschließende Aufteilung auf zwei Tochterzellen unterbleibt jedoch. Aus solchen Zellen entstehen dadurch doppelhaploide und damit vollständig reinerbige Pflanzen.

Dieser Weg spart also enorm Zeit im Vergleich zur klassischen Linienzüchtung mit wiederholter Selbstbefruchtung. Bei einer folgenden Vermehrung kann nur die in den väterlichen Chromosomensatz gespeicherte Merkmalskombination ausgeprägt werden. So kann der Züchtungsfortschritt sehr viel schneller beim Landwirt ankommen.