Roboterfreundliche Blüten
Co-Design von Biologie und Technik
Ein autonomer Bestäubungsroboter im Gewächshaus (Symbolbild): Die Pflanzen wurden mit der Genschere CRISPR so verändert, dass ihre Blüten für Maschinen leicht zugänglich sind. Dadurch können Roboter die Kreuzungsarbeit übernehmen und Züchtungsprozesse deutlich beschleunigen. (Bildquelle: © Pflanzenforschung.de, erstellt mit DALL·E)
Kreuzungen gehören zu den zeitintensivsten Schritten der Pflanzenzüchtung – und werden bis heute mühsam per Hand durchgeführt. Zwar sollen Roboter diese Arbeit künftig erleichtern, doch an den filigranen Strukturen vieler Blüten stoßen sie nach wie vor an ihre Grenzen. Ein neuer Ansatz kehrt daher die bisherige Logik um: Nicht die Maschinen müssen immer feinfühliger werden, sondern die Pflanzen werden so gestaltet, dass Roboter problemlos mit ihnen arbeiten können.
Ein Forschungsteam hat diesen ungewöhnlichen Weg nun auch praktisch getestet: Mit der Genschere CRISPR/Cas9 gelang es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, Tomatenlinien zu entwickeln, deren Blüten einen gut sichtbaren, herausragenden Griffel besitzen und gleichzeitig männlich steril sind. Dadurch wird die Bestäubung stark vereinfacht – nicht durch ausgefeiltere Roboter, sondern durch besser zugängliche Blüten.
Automatisierte Bestäubung und beschleunigte Züchtung
Unveränderte Tomatenblüte mit eng anliegenden Staubblättern: In ihrer natürlichen Form sind Tomatenblüten für Roboter schwer zugänglich, da die empfindlichen Strukturen tief im Blüteninneren liegen und präzise manuelle Bestäubung erfordern.
Bildquelle: © Rolf Dietrich Brecher / Wikimedia Commons, CC BY 2.0
Die eigentliche Bestäubung übernimmt ein Roboterarm, der Blüten mithilfe künstlicher Intelligenz erkennt und punktgenau den Stempel ansteuert. Die Erfolgsrate ist bemerkenswert und liegt im Labor auf dem Niveau erfahrener Fachkräfte. Damit wird ein Arbeitsschritt automatisiert, der bisher als kaum mechanisierbar galt.
Besonders wirkungsvoll zeigt sich der Ansatz in Kombination mit sogenanntem Speed Breeding. Unter verlängerten Tageslängen wachsen Pflanzen schneller und bilden früher neue Generationen aus. Zusammen mit der automatisierten Bestäubung lassen sich so bis zu sechs Generationen pro Jahr erzielen – statt wie üblich nur zwei bis drei. Diese enorme Beschleunigung nutzte das Team, um innerhalb eines einzigen Jahres neue Tomatenlinien zu entwickeln. Die Ergebnisse waren eindrucksvoll: Die neuen Linien wiesen einen um 61,9 Prozent höheren Zuckergehalt und über 50 Prozent mehr Lycopin auf und behielten gleichzeitig ihre natürlichen Resistenzmerkmale. Damit zeigt sich, wie stark sich Züchtungsprozesse verkürzen lassen, wenn Biologie und Technologie gezielt aufeinander abgestimmt werden.
Übertragbarkeit und praktische Vorteile
Unveränderte Sojablüte mit eng geschlossenen Blütenblättern: Auch bei Soja liegen die bestäubungsrelevanten Strukturen tief verborgen, was den Zugang für Roboter erschwert.
Bildquelle: © USGS Bee Inventory and Monitoring Lab from Beltsville, Maryland, USA / Wikimedia Commons, gemeinfrei
Die Forschenden übertrugen das Prinzip auch auf Soja, dessen Blüten besonders schwer zugänglich sind. Auch hier brachte CRISPR neue Blütenformen hervor, die Roboter gut erreichen können, Das zeigt: Der Ansatz ist nicht auf eine einzige Kultur beschränkt, sondern könnte grundsätzlich breit einsetzbar sein.
Ein weiterer Vorteil liegt in den sichtbaren Merkmalen der neu entwickelten Blüten. Sie ermöglichen es, sterile und fertile Linien ohne aufwendige Laboranalysen zu unterscheiden. Das spart Zeit, Kosten und erleichtert die Auswahl geeigneter Pflanzen innerhalb eines Zuchtprogramms erheblich.
Technik und Natur neu gedacht
Trotz der vielversprechenden Ergebnisse bleiben einige Fragen offen. Dazu gehören vor allem regulatorische Vorgaben, also die gesetzlichen Rahmenbedingungen für genomeditierte Pflanzen. Diese unterscheiden sich je nach Land erheblich und entscheiden darüber, ob solche Pflanzen wie konventionell gezüchtete Sorten behandelt oder streng reguliert werden. Auch die praktische Einführung in große Zuchtprogramme braucht Zeit, denn die neuen Methoden müssen zunächst in bestehende Abläufe integriert und wirtschaftlich bewertet werden. Dennoch zeigt die Studie eindrucksvoll, welches Potenzial im Co-Design von Biologie und Technologie steckt.
Quelle:
Lam, Y. T. D. & Hickey, L. (2025). Co-designing biology and technology unlocks automated plant breeding. In: Nature Plants (12 September 2025). doi: s41477-025-02117-3
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Titelbild: Ein autonomer Bestäubungsroboter im Gewächshaus (Symbolbild): Die Pflanzen wurden mit der Genschere CRISPR so verändert, dass ihre Blüten für Maschinen leicht zugänglich sind. Dadurch können Roboter die Kreuzungsarbeit übernehmen und Züchtungsprozesse deutlich beschleunigen. (Bildquelle: © Pflanzenforschung.de, erstellt mit DALL·E)
