Suche nach den Genen für mehr Rapsöl

Über die konventionellen Gene der Ölsynthese lässt sich der Ölgehalt bei aktuellen Rapssorten nur marginal verbessern. Das Projekt GABI-OIL studiert deshalb Hunderte von Rapslinien, um weitere Gene zu finden, mit denen sich der Ölertrag signifikant steigern lässt.

Raps ist weltweit nach Soja die zweitwichtigste Ölkultur. In Deutschland belegt Raps sogar Platz eins. Will man die immer größer werdende Nachfrage nach Rapsöl befriedigen, bleiben nur zwei Möglichkeiten, um die Ölproduktion zu steigern: Die Pflanzen müssen mehr Samen produzieren, oder der Samen muss einen höheren Ölgehalt haben.

Die Steigerung des Ölgehalts ist das Ziel des Projekts GABI-OIL, für das sich drei akademische Forschungseinrichtungen und sieben Pflanzenzuchtunternehmen zusammengeschlossen haben.

Mit bis zu 50 Prozent Ölgehalt im einzelnen Samenkorn und maximal 45 Prozent im Feldmittel liegt die Messlatte für die Forscher bereits jetzt sehr hoch. Wäre der Gehalt deutlich höher, könnte das problematisch für die Pflanze werden und zum Beispiel die Keimfähigkeit negativ beeinflussen.

Einen relativen Ölgehalt von 50 Prozent im Feldmittel (absolut eine Steigerung um fünf Prozent) hat sich GABI-OIL deshalb zum Ziel gesetzt. Das ist noch immer ehrgeizig, wenn man bedenkt, dass durch eine Hochregulation der verantwortlichen Gene für die Ölsynthese der Ölertrag in Modellpflanzen lediglich um etwa zwei Prozent gesteigert werden konnte.

In Feldprüfungen mit transgenen Rapspflanzen, welche im Rahmen eines früheren Forschungsprojekts erfolgten, wurde durch den Einfluss der komplexen Umweltfaktoren kein signifikanter Effekt auf den Ölgehalt beobachtet. Aus diesem Grund galt es, die nutzbare genetische Diversität weiter zu erhöhen. Damit neue interessante Genkombinationen zur züchterischen Steigerung des Ölertrags geschaffen werden können, verfolgt GABI-OIL gleich mehrere Ansätze parallel.

Suche nach neuen Genen der Ölregulation

Die Forscher machen sich diesmal auf die Suche nach neuen Genen, die die Biosynthese von Öl regulieren oder diese auch indirekt beeinflussen. Diese neuen Gene werden in drei verschiedene Gruppen von Pflanzen untersucht: Die erste Gruppe besteht aus 30 F2-Populationen, die aus Kreuzungen von adaptierten Rapssorten mit exotischen Linien hervorgegangen sind. Sie bringen genetische Eigenschaften in die Studie ein, die in modernen Hochleistungssorten möglicherweise während der Entwicklung verloren gegangen sind.

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Die zweite Gruppe umfasst 211 Rapslinien, die aus der Kreuzung von einer Elitelinie mit hohem Ölgehalt und einer Elternlinie mit mittlerem Ölgehalt hervorgegangen sind. Da diese Rapslinien doppelhaploid sind, also die gleiche Ausprägung eines Gens auf beiden Chromosomensätzen tragen, spalten die Merkmale der Eltern auf und lassen sich gut genetisch analysieren. Durch eine so genannte QTL-Analyse (QTL: Quantitative Trait Loci) können Gene identifiziert werden, die für die Ausprägung eines quantitativen Merkmals, mithin für eine Steigerung des Ölgehalts verantwortlich sind.

Zur dritten Gruppe gehören 88 am Markt etablierte Elitelinien und Sorten. An diesen führen die Forscher Assoziationskartierungen durch. Dazu sequenzieren sie das Erbgut dieser Linien partiell und vermerken die Zusammenhänge zwischen phänotypischen Merkmalen und 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.

Umweltunabhängig und praxisnah

Weil die Bedingungen im Gewächshaus nicht denen in der Praxis entsprechen, bauen die Forscher alle Linien im Freiland an. Und damit der Phänotyp dennoch umweltunabhängig beurteilt werden kann, erfolgt der Anbau gleich zweijährig an neun verschiedenen Standorten.

Außerdem wird im GABI-OIL-Projekt für Raps eine so genannte Metaanalyse durchgeführt. Das heißt, sie fasst alle aus der Literatur bekannten, mit einer Veränderung des Ölgehaltes in Verbindung zu bringenden QTL zusammen und überträgt diese auf eine gemeinsame genetische Karte der verwendeten Populationen. Um die Vergleichbarkeit der Daten zu gewährleisten, haben die Forscher viele Versuche mit Markern wiederholt, die einheitlich bei allen QTL vorkommen. Zukünftige Ergebnisse können nun direkt die Metakarte ergänzen.

Neun Kandidatengene in Populationen überprüft

Inzwischen liegen einige sehr gute Ergebnisse des Projekts vor, wie das Team betont. Die genetische Karte der doppelhaploiden Population wird beim Projektabschluss fertig gestellt sein, die Assoziationsstudie abgeschlossen. Neun Kandidatengene wurden in Testpopulationen auf ihre Wirkung geprüft.

Die Erzeugung dieser Populationen wurde mit Hilfe der Marker gestützten Züchtung realisiert. Transgene Methoden wollen die Züchter im Gewächshaus verwenden, um auch dort ihre Ergebnisse zu bestätigen. So oder so wird der Weg zu marktreifen Sorten aber noch viele Jahre beanspruchen, doch auch der Weg wird bereits Sorten mit erhöhtem Ölgehalt abwerfen.