Neue Strategien zur gezielten Züchtung von Mais

Kombination mehrerer Methoden soll die Entwicklung ertragreicherer Sorten erheblich beschleunigen
Professor Melchinger mit einigen Maispflanzen an der Universität Hohenheim
Professor Melchinger mit einigen Maispflanzen an der Universität Hohenheim
© Universität Hohenheim/Eyb
Hohenheim - Trotz einiger Erfolge hinkt die Entwicklung von Nutzpflanzen mittels gentechnischer Verfahren bisher noch deutlich hinter den ursprünglichen Erwartungen her. Neue Ansätze sollen jetzt helfen, die gezielte Züchtung von Mais mit Hilfe molekularer Methoden erheblich zu beschleunigen. Außerdem kündigen die beteiligten deutschen Forscher einen Paradigmen-Wechsel an: Sie wollen nicht mehr nach einem individuellen „Supergen“ suchen, sondern das Zusammenspiel vieler Komponenten des Mais-Erbguts aufklären. Bisher dauert es im Durchschnitt zehn Jahre, um eine neue Sorte zu entwickeln, schreiben die Wissenschaftler im Fachjournal „Nature Genetics“. Dies sei aber angesichts der Klima-Änderungen und einer drohenden Nahrungsknappheit zu langsam.

“Neue Techniken erlauben uns, die vielversprechendsten Kandidaten mit großer Genauigkeit auszusuchen, um dann alle Ressourcen auf diese konzentrieren zu können“, schreibt Albrecht Melchinger. Der Forscher von der Universität Hohenheim kooperiert bei diesem Projekt mit Kollegen vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie und dem Leibnitz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung. Die Wissenschaftler benutzen dabei zwei Wege sowie neue statistische Methoden, um geeignete Eltern-Pflanzen auszuwählen: Mit Hilfe genetischer Fingerabdrücke analysieren sie die Struktur des Erbguts von Samenkernen, denen sie kleine Proben entnehmen. Eine zweite Auswahl erfolgt dann kurz nach der Aussaat aufgrund einer Analyse biochemischer Inhaltsstoffe der Jungpflanzen.

Die Forscher hatten in den vergangenen drei Jahren viele Pflanzen gekreuzt, gepflanzt, den Ertrag ausgewertet und das Erbgut analysiert. Aufgrund der Ergebnisse dieser Versuche entwickelten sie statistische Modelle, um das genetische Potenzial von Maispflanzen besser beurteilen zu können. Dabei suchten sie nicht mehr nach einzelnen Erbanlagen, sondern analysierten mit neuesten Methoden bis zu 56.000 Genabschnitte, die zur Pflanzenentwicklung beitragen. Im zweiten Schritt untersuchten sie Blättchen von Jungpflanzen, als diese nur 20 Zentimeter hoch waren. Dabei bestimmten sie den Gehalt von Stärke, Aminosäuren, Chlorophyll und anderen Substanzen. Ähnlich wie in der genetischen Analyse war zur Beurteilung des Pflanzenpotenzials nicht die Menge einer Komponente wichtig, sondern das Verhältnis der Inhaltsstoffe zueinander.

Das Verfahren erspart Kosten, Zeit und notwendige Anbaufläche. Denn im Winter können die Forscher das Erbgut von Samenkernen analysieren. Gleichzeitig ziehen sie in Gewächshäusern aus den untersuchten Samen bereits die Jungpflanzen heran, deren Inhaltsstoffe anschließend ausgewertet werden. Im Frühjahr müssen die Wissenschaftler auf relativ kleinen Flächen dann nur noch die Elternpflanzen aussetzen, die den größten Ertrag versprechen. Melchinger: „Dieses Vorgehen erspart viel Anbaufläche – und damit am Ende auch Kosten.“

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Quelle: „Genomic and metabolic prediction of complex heterotic traits in hybrid maize“, Christian Riedelsheimer et al.; Nature Genetics, DOI:10.1038/ng.1033


 

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