Neue Stellschraube für mehr Ertrag

Forscher identifizierten ein Gen, das für eine spezielle Ährenverzweigung bei Weizen und Gerste verantwortlich ist, wodurch die Pflanzen mehr Körner pro Ähre ausbilden. Die Wissenschaftler haben wichtige genetische Grundlagen für die Architektur von Getreideähren aufgeklärt und zeigen eine neue Möglichkeit auf, um über deren Veränderung die Erträge zu steigern.

Der sogenannte „Wunder-Weizen“ hat zwei Gemeinsamkeiten mit der „Compositum“-Gerste: Zum einen sind sie beide Süßgräser der Gruppe Triticeae, zu der wichtige Kulturgetreide gehören. Zum anderen, haben ihre Ähren aufgrund einer Mutation eine ungewöhnliche Architektur, bei der sich kleine Seitenähren an den Blütenständen bilden. Diese spezielle Ährenverzweigung sorgt dafür, dass sie nicht nur anders aussehen wie andere Weizen- oder Gerstensorten, sondern insgesamt auch mehr Körner pro Ähre ausbilden. Das ist eine wichtige agronomische Kennzahl für den späteren Ertrag einer Ernte und daher für Forscher und Züchter interessant.

Genetische Grundlagen identifiziert

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Ein internationales Forscherteam um Dr. Naser Poursarebani und Dr. Thorsten Schnurbusch der unabhängigen Arbeitsgruppe „Pflanzliche Baupläne“ beim Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben untersuchten die beiden ungewöhnlich aussehenden Getreide, um zu verstehen, welche genetischen Grundlagen für diese Veränderung sorgen.

Für die Ährenverzweigung in der „Compositum“-Gerste ist das Gen compositium 2 verantwortlich. Die Forscher entdeckten, dass dieses ein Pendant im Weizengenom hat: das Gen branched head^t, kurz: bh^t. Diese orthologen Gene codieren beide für spezielle Proteine, AP2/ERF-Transkriptionsfaktoren, die bei der Transkription von Genen im Genom eines Organismus eine entscheidende Rolle spielen. Die Transkriptionsfaktoren interagieren mit anderen Genen, die Einfluss auf die Ährenarchitektur haben. Dies ist zum Beispiel das Gersten-Gen Six-rowed spike 4. Dieses Gen ist für die Herausbildung sechsreihiger Gerstenähren verantwortlich und somit ebenfalls ein wichtiger Ertragsfaktor.

Die beiden Gene, die für das beobachtbare Merkmal der Ährenverzweigung verantwortlich sind, haben auch orthologe Gene mit ähnlichen Funktionen in anderen wichtigen Getreidearten wie Mais (BD1) und Reis (FZP/BFL1). Das zeigt, dass die genetischen Grundlagen für die Ährenarchitektur bei den Getreiden hoch konserviert sind.

Eine weitere Gemeinsamkeit ist der Ort an dem sich die Gene befinden: Beide Gene waren jeweils auf dem Chromosom 2 zu finden, beim tetraploiden „Wunder-Weizen“ auf Chromosom 2A und bei der diploiden Gerste auf 2H.

Ein kleiner Unterschied mit großer Wirkung

Bei ihren Untersuchungen verglichen die Wissenschaftler auch den „Wunder-Weizen“ mit Wildtyp-Weizen und fanden heraus, dass eine Punktmutation - eine Mutation, die nur eine einzelne Nukleinbase eines DNA-Abschnitts durch eine andere austauschte - für die veränderte Ährenform und das Mehr an Körnern beim „Wunder-Weizen“ verantwortlich ist.

Dass durch die Studie genetischen Hintergründe der Getreidearchitektur aufgeklärt sowie ein für die praktische Arbeit nötiger genetischer Marker identifiziert werden konnten, bietet eine interessante Möglichkeit, dieses Merkmal auch in moderne - in der Landwirtschaft genutzte - Weizen-Sorten einzubringen und das Ertragspotenzial von Weizen zu steigern. So könnte dem Problem stagnierender Erträge bei Getreiden, welches seit mehreren Jahren in der praktischen Landwirtschaft zu beobachten ist, entgegengewirkt werden.

Die in der Studie vorgestellten Forschungsarbeiten beruhen auch auf den Ergebnissen eines anderen Projekts, welches im Rahmen des Forschungsprogramms zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses „GABI FUTURE“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert wurde. Mehr Details zu diesem Projekt finden Sie in der Projektdatenbank auf Pflanzenforschung.de unter: „MUTANT WHEAT SPIKES“.