Mehr Pflanzenvielfalt durch Züchtungsinformatik - Wissenschaftsjahr 2020/21 - Bioökonomie

Ein Beitrag von Prof. Dr. Jochen C. Reif, Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK)

Genbanken erhalten das Erbgut alter Nutzpflanzen-Sorten und deren wild-verwandter Arten. Sie hüten einen einzigartigen Schatz der Menschheit. Eine weit verbreitete Annahme lautet, dass alte Nutzpflanzen-Sorten weniger anfällig für Wetterextreme und widerstandsfähiger gegen Schädlinge sind als ihre modernen Verwandten. Leider stimmt das nur punktuell. Es gibt gute Gründe dafür, dass die alten Sorten nicht mehr großflächig angebaut werden.

Meistens haben sie eben nicht nur vorteilhafte, sondern auch jede Menge nachteilige genetische Eigenschaften. Trotzdem ist es zum Beispiel wichtig das Immunsystem von Pflanzen, die zum Beispiel im Hinblick auf einen besonders hohen Ertrag gezüchtet worden sind, zu stärken, um langfristig unabhängiger von Schädlingsbekämpfungsmitteln zu werden. So sollte die Unempfindlichkeit des Immunsystems von Weizenpflanzen gegenüber dem Gelbrostbefall erhöht werden, um so auf die Behandlung mit chemischen Mitteln gegen pflanzenschädigende Pilze zu verzichten.

In der Nutzpflanzenforschung suchen wir in den Genbanken nach genetischer Vielfalt, die den modernen ertragreichen Sorten verlorengegangen ist. Dazu müssen enorme Datenbestände auf einzelne Merkmale hin untersucht werden, zum Beispiel auf dauerhafte Widerstandsfähigkeit gegenüber Pflanzenkrankheiten.

Häufig entstehen einzelne Merkmale aber durch viele verschiedene Gene, die jeweils nur kleine Beiträge zur Merkmalsausprägung beisteuern. Diese relevanten Gene aufzuspüren, gelingt nur dank des rasanten Fortschritts in der Sequenzierung, das ist die Ermittlung der Reihenfolge der einzelnen Bausteine eines Gens, und in der Züchtungsinformatik. So können genetische Codes immer schneller und preiswerter ausgelesen und wertvolle Vielfalt mittels Algorithmen erkannt werden. Es ist zu erwarten, dass die Züchtungsinformatik in den kommenden Jahren zunehmend von Innovationen in der Künstlichen Intelligenz profitieren wird und somit unsere Kenntnisse über die Abwehrkräfte von Pflanzen grundlegend erweitert werden.

Wurden wertvolle Gene ausgemacht, müssen sie in einem nächsten Schritt über neue Sortenentwicklungen in die moderne Pflanzenproduktion übertragen werden. Das ist ebenfalls knifflig und zeitaufwändig. Denn die einzulagernden vorteilhaften Genausprägungen sind häufig eng an nachteilige Gene gekoppelt.

Züchtungsinformatik bietet auch hier Ansätze, die Übermittlung der wertvollen Gen-Variation wirkungsvoll zu gestalten. Allerdings ist das Verfahren langwierig und ohne öffentliche Förderung kaum möglich. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung sowie das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft setzen durch langfristige Förderprogramme Maßstäbe, die in Zukunft hoffentlich weiter ausgebaut werden.

Die intensive Landwirtschaft gilt als hauptsächlich verantwortlich für den Rückgang der Artenvielfalt. Um die Ernährung der stetig wachsenden Weltbevölkerung sichern zu können, müssen wir allerdings höhere Flächenerträge erzielen. Gleichzeitig die Biodiversität zu fördern, bildet das Spannungsfeld, in dem wir uns befinden.

Pflanzenzüchtung und Züchtungsinformatik liefern wesentliche Lösungsansätze, um die zukünftige Pflanzenproduktion mit Sorten zu versorgen, die eine nachhaltige Ernährungssicherung gewährleisten und dabei wertvolle Vielfalt innerhalb der Nutzpflanzen fördern.