Top Brauqualität für Bier, trotz abiotischem Stress

Die Wissenschaftler im PLANT 2030-Projekt „INNO GRAIN-MALT“ forschen daran, Gerste zu entwickeln, die mit Trockenstress fertig wird und trotz widriger Umstände hohe Erträge liefert. Darüber hinaus soll sie eine bessere Brauqualität aufweisen, denn Gerstenmalz ist eine Grundzutat von Bier. Die komplexe Eigenschaft „Brauqualität“ wird im Projekt ganz genau unter die Lupe genommen und deren genetische Grundlage erforscht.

Deutschland ist und bleibt eine Biernation, auch wenn der Bierkonsum in den letzten Jahren leicht zurückgegangen ist. Laut Zahlen des Deutschen Brauer-Bundes konsumierten wir Deutschen 2014 durchschnittlich immer noch stolze 107 Liter Bier. Damit liegen wir in Europa auf Platz zwei hinter der Tschechischen Republik. Das Deutsche Reinheitsgebot besagt, dass Bier lediglich aus Wasser, Malz, Hopfen und Hefe hergestellt werden darf. Die Basiszutat Malz wird aus Getreide wie Gerste hergestellt. Bei untergärigen Bieren, wie z. B. dem Pils, darf der Brauer sogar nur Gerstenmalz nutzen.

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Nachschub an hochwertigem Gerstenmalz sichern      

Wie bei allen unseren Nutzpflanzen, beeinflussen Umweltbedingungen – z. B. Trockenheit – das Wachstum und die Qualität der Gerste. Durch den Klimawandel häufen sich Wetterextreme auch Hierzulande. „Bei der Sommergerste konzentrierte sich die Pflanzenzüchtung in den letzten 50 Jahren nur auf das Merkmal ´Brauqualität´. Aber Trockenheit und Hitze sind Stressfaktoren für die Pflanze. Am negativsten wirken sie sich in der Kornfüllungsphase aus und verringern die Erträge und die Qualität des Malzes. Das war für uns Motivation genug, uns dem Thema Trockentoleranz in der Gerste zu widmen“, erklärt Dr. Viktor Korzun, von KWS LOCHOW GMBH. Er ist Projektkoordinator des laufenden PLANT 2030-Projekts „INNO GRAIN-MALT“.

Dieses entwickelte sich aus den beiden Vorläuferprojekten „GABI-MALT“ und „GABI-GRAIN“. GABI-MALT beschäftigte sich damit, die Malz- und Brauqualität von Gerste zu verbessern. GABI-GRAIN forschte an der Steigerung des Ertrags und der Kornqualität unter Trockenstress. Das Wissen aus beiden Projekten legte die Basis für INNO GRAIN-MALT – das spiegelt sich auch im Namen wider.

Stabile Erträge und bessere Qualität bei Stress

Ziel von INNO GRAIN-MALT ist es, die molekularen Grundlagen der Eigenschaft Brauqualität bei der Gerste aufzuklären und damit die Basis für neue Gerstensorten zu schaffen, die eine verbesserte Brauqualität haben und zudem trockentolerant sind. Im Projekt involviert ist das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) und die KWS LOCHOW GMBH als Wirtschaftspartner.  

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Zunächst wurden zwei trockentolerante (Elite-) Gerstenlinien gewählt, die von der KWS LOCHOW GMBH zur Verfügung gestellt wurden. Diese unterscheiden sich im Hinblick auf ihre Braueignung und den Mechanismus ihrer Trockentoleranz. Sie wurden gekreuzt und die daraus entstandenen 100 (doppelhaploiden) Nachkommenschaftslinien. Im Feld wurden diese unter unterschiedlichen Umweltbedingungen angebaut – darunter auch bei Trockenstress. Nach der Ernte wurde der Ertrag bestimmt und die Brauqualität jeder der Linien untersucht.

Brauqualität ist ein komplexes Merkmal

Die Qualität des Malzes ist für den Bierbrauer entscheidend. Die Brauqualität der Braugerste ist jedoch ein sehr komplexes Merkmal. Viele Gene wirken zusammen und auch die Vererbung ist komplex. Insgesamt sprechen die Forscher von 12 verschiedene Komponenten, wie z. B. dem ß-Glucangehalt oder der Hitzestabilität des Enzyms beta-Amylase, die alle ihren Teil zur Braueignung beitragen und auch durch mehrere Gene kodiert werden können. Im Projekt wurde aus allen Kreuzungsnachkommen Malz hergestellt und dieses chemisch analysiert. Für alle Linien wurden die Brauqualitätskomponenten erfasst.

Um Kandidatengene für die einzelnen Komponenten zu finden, wurden molekulare Marker identifiziert und eine genetische Karte der Nachkommen entwickelt. So konnten Regionen (QTLs) im Erbgut der Gerste gefunden werden, die mit den verschiedenen Merkmalen der Brauqualität gekoppelt sind. „Doch wenn man die Region identifiziert hat, in der einer der Marker liegt, heißt das noch lange nicht, dass man auch das richtige Gen dazu gefunden hat“, betont Prof. Dr. Andreas Graner, Projektbeteiligter vom IPK in Gatersleben. Die Forscher führen daher zusätzlich eine RNA-Analyse durch. Die RNA ist das Ergebnis des „Ablesens“ der DNA und zeigt die Genexpression in bestimmten Regionen. Zusammen mit den genetischen Markern, können so gezielter Kandidatengene gefunden werden. Dieser „genetical genomics“ Ansatz ist sehr aufwändig. „Es ist enorm, was da an Daten gewonnen und strukturiert ausgewertet werden muss“, beschreibt Prof. Graner. Die Datenanalyse ist noch in vollem Gange.

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Neue Wege in der Pflanzenzüchtung

Die KWS LOCHOW GMBH untersucht bei dem Projekt zudem eine neue züchterische Methode, die sogenannte „genomic selection“. Dies ist ein in hohem Maße an genetische Marker gebundenes Verfahren, bei dem aus den DNA-Daten die Leistung einer Kreuzungslinie vorherhergesagt wird, noch bevor die Pflanzen im Feld ausgesät werden. Dies geschieht durch statistische Berechnungen. Das Prinzip beruht auf statistischen Korrelationen zwischen den Marker-Daten und den relevanten Merkmalen. Damit dies möglich ist, bedarf es einer „Referenzpopulation“, für die alle molekularen und Merkmals-Daten vorhanden sein müssen. „INNO GRAIN-MALT ist ein Pilotprojekt für die Anwendung und Etablierung von „genomic selection“ bei der Braugerste. Was ich bisher sagen kann ist: Die Systeme funktionieren sehr gut!“ erläutert Korzun.

Ziel ist eine spätere Anwendung des Wissens   

Das Projekt läuft noch bis Ende November 2015 und integriert sowohl Grundlagenforschung als auch angewandte Forschung. Mit einem klaren Ziel: Mittelfristig auf den erarbeiteten Grundlagen neue Gerstensorten zu entwickeln, die besser an die Umweltbedingungen angepasst sind, dabei stabile Erträge liefern mit hoher Qualität. „Es gibt erste Erfolge im Projekt. Wir sind auf einem sehr guten Weg, einige wichtige Marker zu bestimmen, um den züchterischen Prozesses dadurch deutlich zu beschleunigen“ betont Korzun.