Süße Gene

Ein internationales Forscherteam hat das Genom der Zuckerrübe (Beta vulgaris) entschlüsselt. Diese Informationen können Züchtern dabei helfen, den Zuckerertrag zu steigern und die Zuckerrübe zu einer nachhaltigeren Energiepflanze zu machen.

Zugegeben, wie nahe Verwandte sehen die beiden nicht gerade aus. Spinat mit seinen großen, grünen Blättern und die Zuckerrübe mit ihren dominanten Wurzeln. Doch tatsächlich gehören beide zu den Nelkenartigen (Caryophyllales) und sind jetzt die ersten Pflanzen dieser Ordnung überhaupt, deren Genom sequenziert worden ist.

Insgesamt entschlüsselten die Forscher das Genom von fünf Zuckerrübensorten sowie von Wilder Rübe (Beta vulgaris ssp. maritima) und Spinat (Spinacia oleracea). Die Wilde Rübe wird als Vorfahr der Zuckerrübe betrachtet und ist noch immer mit ihr kreuzbar. Dadurch ist die Pflanze extrem wichtig für die Züchtungsarbeit, denn ihre zahlreichen Resistenzen gegen Krankheiten und Schädlinge können relativ unkompliziert in kultivierte Rüben eingekreuzt werden.

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Viele Gene, wenige Schalter

Mit 27.421 proteinkodierenden Genen hat die Zuckerrübe zwar mehr Gene als wir Menschen, dafür fanden die Forscher nur sehr wenige Transkriptionsfaktoren, die dafür verantwortlich sind, Gene an- und abzuschalten. „Die Zuckerrübe besitzt weniger Gene für Transkriptionsfaktoren als alle anderen Blütenpflanzen, die bisher sequenziert worden sind“, erklärt Prof. Dr. Bernd Weisshaar von der Universität Bielefeld, der an der Studie beteiligt war. Womöglich haben die Pflanzen jedoch andere bisher unbekannte Proteine mit der gleichen Aufgabe.

Beim Vergleich der Zuckerrübengenome fanden die Forscher sieben Millionen variable Positionen, also unterschiedliche Basenpaare an der gleichen Stelle. Diese waren jedoch nicht gleichmäßig über das Genom verteilt, sondern von großen Bereichen geringer Variabilität durchbrochen. Auch als die Forscher 24 weitere Zuckerrübenlinien untersuchten, fielen diese konservierten Sequenzen auf.

Genorte, deren DNA-Sequenz sich im Laufe der Evolution kaum verändert haben, zeigen an, welche Gene für die Eigenschaften der Zuckerrübe so wichtig sind, dass sie in Kultursorten auf gar keinen Fall verändert werden dürfen. Dazu gehört z.B. das Gen, dass für die Zweijährigkeit der kultivierten Rüben verantwortlich ist. Durch künstliche Auslese hat der Mensch dafür gesorgt, dass diese Gene unverändert in der Zucht weiter gegeben werden. Bei allen Kultursorten befand sich dieses Gen daher in Genombereichen mit nur wenigen Sequenzveränderungen. Bei der Wilden Rübe hingegen, deren Lebensdauer zwischen zwei und elf Jahren schwankt, fanden die Forscher hohe Sequenzvariationen in diesem Bereich.

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Europa ist der größte Zuckerrübenproduzent

Doch das Genom der Zuckerrübe zu kennen, ist erst der Anfang. Jetzt wollen die Forscher den Genen Funktionen zuordnen und herausfinden, welche Eigenschaften wo kodiert und mit welchen molekularen Markern verknüpft sind. Dann können Züchter den Zuckerertrag der Wurzeln zukünftig vielleicht noch weiter steigern.

Mehr als die Hälfte der weltweiten Zuckerrübenernte stammt aus Europa, hauptsächlich Frankreich, Deutschland, Polen und Großbritannien. Die süßen Wurzeln decken dabei etwa zwanzig Prozent des weltweiten Zuckerbedarfs. Die Zuckerrübenschnitzel, die nach der Extraktion des Zuckers übrig bleiben, eigenen sich sowohl als Futtermittel als auch für Biogasanlagen. Mit Hilfe der genomischen Daten könnten jetzt auch spezielle Energierüben gezüchtet werden, deren stoffliche Zusammensetzung für Biogasanlagen optimiert ist.