Forschungsprojekt RYESILIENCE

Die Klimakrise verändert die Landwirtschaft. Unberechenbare Wetterextreme wie plötzliche Hitze, ausbleibender Regen oder heftige Stürme treffen Feldfrüchte immer häufiger – und oft zur Unzeit: in der Saatphase, zur Blüte oder kurz vor der Ernte. Für kleine und mittlere Betriebe kann das schnell existenzbedrohend werden, und auch Nahrungsmittelpreise steigen in der Folge. Die zentrale Herausforderung lautet deshalb: Wie können Anbausysteme robuster gegenüber den Launen des Klimas werden?

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Das Forschungsprojekt RYESILIENCE (ein Kofferwort aus rye – Roggen – und resilience – Resilienz) geht dieser Frage nach. „Resilienz bedeutet, das Problem anzunehmen und zu versuchen, die Schäden zu minimieren“, sagt Projektleiter Ehsan Ebrahimi, Pflanzenforscher an der Universität Rostock. Seit November 2024 arbeitet das Team daran zu verstehen, welche Strategien Winterroggen-Halbzwerge nutzen, um mit Wasserknappheit umzugehen. Im Zentrum stehen ein bislang nur teilweise erforschtes Gen und ein Pflanzenorgan, der sich der Wissenschaft nur schwer erschließt: das Wurzelsystem. Am Ende sollen die genetischen Erkenntnisse in praktische Züchtungsstrategien übersetzt werden.

Winterroggen lange wegen Lagerneigung vernachlässigt

Winterroggen ist vor allem in Deutschland weit verbreitet. Obwohl das Korn viele wertvolle Nährstoffe enthält, gilt es außerhalb des Landes als weniger attraktiv – vor allem wegen schlechterer Backeigenschaften im Vergleich zu Weizen. Dafür ist Roggen im Anbau genügsamer, bildet ein weit verzweigtes Wurzelsystem und hat einen kleineren ökologischen Fußabdruck.

Und sein züchterisches Potenzial ist noch lange nicht ausgeschöpft. Vor allem bei der sogenannten Lagerresistenz – der Fähigkeit, aufrecht stehen zu bleiben – hinkt Roggen hinterher. Aufgrund seiner Wuchshöhe legen sich die Halme bei starkem Regen und vollem Korn oft auf den Boden, was die Ernte erschwert und Schimmelbefall begünstigt. Moderne Weizensorten profitieren hier von Zwerggenen, die kürzere und standfestere Halme erzeugen. Ein solches Gen interessiert auch das RYESILIENCE-Team: Ddw1.

Wie wirkt das Zwergwuchs-Gen auf die Wurzelarchitektur?

Ddw1 kommt in modernen Roggen-Hybriden vor und sorgt – ähnlich wie in Weizen – für eine geringere Wuchshöhe. Kaum erforscht ist jedoch, wie es die Ausbildung des Wurzelsystems beeinflusst, insbesondere unter Trockenstress. Frühere Studien deuten an, dass Ddw1 keine negativen Effekte auf die Wurzeln hat. Ob und wie sich Pflanzen mit diesem Gen bei Dürre anpassen, ist jedoch weitgehend unklar.

In Kooperation mit dem RYE-HUB-Projekt vergleicht das Team sechs Genotypen: drei mit einem Ddw1-Allel und drei genetisch nahe verwandte Linien ohne dieses Gen. Getestet wird im Gewächshaus, unter beweglichen Regenausschlussdächern und auf Freilandversuchsflächen mit unterschiedlichen Böden. Ziel ist zu ermitteln, wie sich Wuchs, Wurzelbildung und Ertrag unter Trockenheit verändern – und ob das Gen Vorteile bringt.

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Dürre gezielt simulieren

„Die Wurzelarchitektur ist extrem wichtig für die Trockenresistenz, aber eben auch schwer zu erfassen“, sagt Ebrahimi. Deshalb setzt RYESILIENCE auf moderne Bildgebung: Ein Scanner erfasst die Wurzeln in hoher Auflösung, und eine Software analysiert Tiefe, Breite und Verzweigungsgrad. Wichtig ist dabei, dass das Programm eine sogenannte Link-Analyse ermöglicht, mit der die Konnektivität zwischen einzelnen Wurzelabschnitten bewertet wird. Dadurch lassen sich die Komplexität und die Organisation des Wurzelsystems sichtbar machen und neuartige Einblicke in das Zusammenspiel der einzelnen Wurzeln gewinnen – Informationen, die entscheidend sind, um Wasser- und Nährstoffaufnahme, strukturelle Stabilität und die Reaktion der Pflanze auf Trockenstress besser zu verstehen.

Untersucht werden verschiedene Entwicklungsstadien – von der Keimung über das Schossen bis hin zur ausgewachsenen Pflanze. „Bei Getreide macht es einen großen Unterschied, ob die Dürre früh oder spät in der Entwicklung eintritt“, erläutert Ebrahimi.  Bei früher Dürre entwickeln die Pflanzen weniger Wurzeln, Blätter und Ährenanlagen, was ihr weiteres Wachstum und das Ertragspotenzial einschränkt. Tritt die Dürre dagegen erst während der Kornfüllung ein, können die Pflanzen zwar kräftig aussehen, die Körner füllen sich jedoch nicht richtig und die Ernte fällt geringer aus.

Genau hier setzt das Projekt an: Im Gewächshaus und unter den beweglichen Regenausschlussdächern lässt sich der Zeitpunkt des Wasserentzugs gezielt steuern. So können die Forschenden beobachten, wie das Wurzelsystem auf unterschiedliche Stressphasen reagiert. Besonders im Fokus stehen feine Wurzelverzweigungen und Wurzelhaare. Diese winzigen Ausstülpungen vergrößern die Oberfläche der Wurzeln erheblich und können bei Wassermangel schnell gebildet werden. Die entscheidende Frage lautet: Wie lange kann eine Pflanze solche Strukturen unter Trockenstress aufrechterhalten – und was bedeutet das für ihre Überlebens- und Ertragsfähigkeit?

Nicht jede Linie reagiert gleich

Unterschiedliche Sorten reagieren sehr verschieden auf Trockenstress. Manche investieren bei Wassermangel gezielt mehr Energie in tief reichende Wurzeln, um Wasser aus tieferen Bodenschichten zu erschließen. Andere setzen stärker auf oberflächennahe Wurzeln, die bei kurzfristiger Feuchtigkeit schnell Wasser aufnehmen, sind jedoch bei längeren Trockenphasen anfälliger.

„Wir wollen herausfinden, wie sich verschiedene Roggenlinien mit dem Ddw1-Gen unter solchen Bedingungen verhalten“, erklärt Ebrahimi. Das soll Züchtern helfen, sich gezielt auf die relevanten Merkmale zu konzentrieren, um Anbausysteme widerstandsfähiger und flexibler zu gestalten.

Mischanbau mit Erbsen im Blick

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Neben der Genetik des Roggens untersucht RYESILIENCE auch den Anbau in Mischkulturen mit Leguminosen, insbesondere Erbsen. Viele Landwirte setzen diese Kombination bereits ein, weil sie Vorteile für Boden und Ertrag erwarten. Erbsen können durch ihre Symbiose mit stickstoffbindenden Bakterien den Boden mit diesem wichtigen Nährstoff anreichern und so den Düngebedarf senken. Zudem beschatten sie den Boden, wodurch weniger Wasser verdunstet.

Das Projektteam will klären, unter welchen Bedingungen sich diese Anbauform tatsächlich lohnt – nicht nur in Bezug auf den Ertrag, sondern auch hinsichtlich Wassernutzungseffizienz und langfristiger Bodenstruktur. Dazu testen die Forschenden unterschiedliche Sortenkombinationen und vergleichen deren Wirkung auf Wurzelentwicklung, Feuchtegehalt und Nährstoffhaushalt. Ziel ist es, Landwirten praxisnahe Empfehlungen zu geben, wie sich Mischanbau ökologisch und wirtschaftlich optimal gestalten lässt.

Ausblick

Das Projekt steht noch am Anfang; erste Ergebnisse aus den Versuchen werden frühestens im Laufe des Jahres 2026 erwartet. Die Forschenden wollen jedoch nicht nur Grundlagenwissen schaffen, sondern auch praxisnahe Lösungen entwickeln: Roggensorten, die kurzhalmig, standfest und zugleich trockentolerant sind – und Anbaustrategien, mit denen Landwirte ihre Flächen effizienter nutzen, Wasserressourcen schonen und ihre Erträge auch unter zunehmendem Klimastress sichern können.

Zum Weiterlesen auf Pflanzenforschung.de:

• Interview mit Martin Mascher: Über Pangenome, Alpha-Fold und Delfin-Hafer
• Innovationspreis für IPK-Forscher: Gregor Mendel Stiftung ehrt Nils Stein und Martin Mascher
• Gerstenblüten im Fokus: Wichtige Erkenntnisse zur Optimierung des Ernteertrags

Titelbild: Topfversuche mit Roggen im Gewächshaus der Universität Rostock (© Ehsan Ebrahimi)