(Pesach Benson/TPS) – Eine neue israelisch-amerikanische Studie hat Gene in Weizen identifiziert, die die Dürreresistenz der Pflanze verbessern können.
“Es ist das erste Mal, dass ein Gen gefunden wurde, das bei Brotweizen eine Resistenz gegen Dürrebedingungen verleiht”, sagte Dr. Gilad Gabay, der Hauptautor des Artikels, der in der von Experten begutachteten Zeitschrift “Nature Communications” veröffentlicht wurde.
“Angesichts der Bedeutung des Weizens für die Ernährung der Weltbevölkerung und der weltweiten Erwärmung, die immer mehr Dürregebiete entstehen lässt und den landwirtschaftlichen Anbau erschwert, ist diese Entdeckung von großer Bedeutung, da sie den Anbau von Weizen unter extremeren klimatischen Bedingungen ermöglichen wird”, so Gabay.
Dr. Gabay, der früher an der Hebräischen Universität und der landwirtschaftlichen Forschungsorganisation des israelischen Landwirtschaftsministeriums tätig war, ist Postdoktorand an der Universität von Kalifornien-Davis, dessen Team mit der Universität Haifa zusammenarbeitete.
Die Forscher fanden heraus, dass die als “OPR III” bekannten Gene für die Regulierung der Länge der Wurzeln von Brotweizen verantwortlich sind. Längere Wurzeln ermöglichen es dem Weizen, Wasser in tieferen Bodenschichten zu finden und trotz Trockenheit und Regenmangel mehr Ertrag zu erwirtschaften.
Weizen ist neben Reis und Mais eines der drei Hauptgetreidearten, auf denen die Ernährung der Welt beruht. Der weltweite Weizenverbrauch liegt heute bei über 800 Millionen Tonnen pro Jahr und deckt mehr als 20 Prozent des weltweiten Verbrauchs an Kalorien und Proteinen.
Obwohl sich die weltweite Nachfrage nach Weizen bis 2050 voraussichtlich verdoppeln wird, ist es nicht möglich, die Anbauflächen für Weizen zu vergrößern. Weizen ist auf die Bewässerung durch Regenwasser angewiesen, doch könnte die globale Erwärmung die Anbauflächen verringern.
Vor fünf Jahren wurde dank eines groß angelegten internationalen Projekts, an dem auch Zion Fahima, Professor an der Universität Haifa, beteiligt war, das komplette Genom des Brotweizens sequenziert. Die Sequenzierung des Genoms – eine Labormethode zur Bestimmung des genetischen Aufbaus eines bestimmten Organismus – ebnete den Weg, um die spezifischen Gene des Brotweizens zu finden, die für seine verschiedenen Wachstumsprozesse verantwortlich sind.
In der aktuellen Studie identifizierten die Forscher das Gencluster, das für die Regulierung der Länge der Weizenwurzeln verantwortlich ist.
In der ersten Phase ihrer Studie identifizierten die Forscher Weizensorten, bei denen signifikante Unterschiede im Ertrag von mehr als 2.000 kg pro Hektar und in der Biomasse der Pflanzen festgestellt wurden. Auffällig war jedoch, dass diese Unterschiede unter trockenen Bedingungen größer waren.
In der zweiten Phase fanden die Forscher anhand von Versuchen in Weizenfeldern und hydroponischen Methoden heraus, dass diese Unterschiede auf Unterschiede in der Dehnung der Wurzeln zurückzuführen sind.
In der dritten Phase identifizierten die Forscher mit Hilfe fortschrittlicher Genom- und Bioinformatik-Tools den Abschnitt des Genoms, in dem die mit der Wurzelstruktur des Weizens verbundenen Gene zu finden sein könnten.
“Diese Identifizierung gilt als äußerst komplex, da Brotweizen ein riesiges Genom hat, fünfmal größer als das menschliche Genom, das aus drei verschiedenen Subgenomen besteht, die jeweils sechs Kopien eines Chromosoms umfassen”, so Dr. Gabbay.
In einem letzten Schritt konnten die Forscher die Rolle der Gene bei der Entwicklung nachweisen. Dabei identifizierten sie auch ein ausgeschüttetes Hormon, das die Wachstumsgeschwindigkeit der Wurzeln beeinflusst.
Gegenwärtig verbieten die Vorschriften in den meisten westlichen Ländern die genetische Verbesserung von Pflanzen durch künstliche Eingriffe. Das von den Forschern identifizierte Gen kann jedoch durch natürliche Hybriden bestehender Weizensorten übertragen werden.
Nach Ansicht des Forschers Dr. Tzion Fahima kommen hier Genbanken für Wildgetreide ins Spiel. Er arbeitet in einer der größten Genbanken der Welt an der Universität Haifa.
“In unserer Genbank befinden sich Tausende von Wildweizensorten aus Israel und der ganzen Welt”, sagte Dr. Fahima.
“Nach der Entdeckung der für die Wurzellänge verantwortlichen Gene können wir nun nach Wildsorten suchen, die eine optimale Ausprägung der Gruppe “OPR III” aufweisen, und sie mit Brotweizensorten kreuzen, um so neue Brotweizensorten zu entwickeln, deren Wurzeln länger sind und die unter trockenen Bedingungen eine größere Ernte einbringen können”, sagte er.
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