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Dienstag, 26.09.2017
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Reis muss trockentoleranter werden - Metabolische Marker beschleunigen die Züchtung

Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie

Züchtung kann durch den Einsatz von molekularen Markern erheblich beschleunigt werden. Statt nur anhand von äußeren Merkmalen zu sortieren und zu kreuzen, lohnt sich ein Blick ins Innere der Zellen. Forscher vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) haben in verschiedenen Reissorten Marker identifiziert, die anzeigen, ob und wie gut eine Pflanze der Trockenheit widerstehen kann. Ihre Ergebnisse veröffentlichen sie in dem Fachmagazin PLOS ONE. Als Besonders interessanter Kandidat hat sich Glukose erwiesen. Dass es Gene für Trockentoleranz in den unterschiedlichsten Reissorten gibt, ist für die Züchter unerlässlich. Denn sonst wäre alles Kreuzen umsonst.
Etwa 50 Prozent der Reisanbaufläche wird nicht künstlich bewässert, sondern ist auf das Regenwasser angewiesen. Bleibt das aus, sinken die Reiserträge zwischen 13 und 35 Prozent. Bisher sind Züchter auf langwierige und arbeitsintensive Feldversuche angewiesen, wenn sie neue Sorten mit besserer Trockentoleranz entwickeln wollen. Diesen Prozess wollen die Forscher um Karin Köhl vom MPI-MP beschleunigen.

Dazu analysieren sie nicht nur das Erbgut der Pflanzen, sondern schauen genau nach, welche Gene tatsächlich abgelesen (transkribiert) werden und welche Moleküle dabei entstehen. „Die Gene selbst bleiben immer gleich, aber wann sie aktiv werden und welche Signalkaskaden sie anstoßen, das ändert sich ständig“, erklärt Karin Köhl. „Wenn wir die Transkripte und Metabolite analysieren, bekommen wir ein viel genaueres Bild über den Zustand der Pflanze als wenn wir nur auf das Genom schauen würden.“

Trockentoleranz wird nicht nur von einem einzigen Gen vermittelt. Deshalb fanden die Forscher auch zahlreiche Moleküle, die bei Trockenheit von den toleranten Pflanzen vermehrt gebildet werden. „Solche positiven Korrelationen sind es, nach denen wir suchen“, so Köhl. Vielversprechende Kandidaten für die zukünftige markergestützte Züchtung sind organische Säuren, Glukose und drei bisher noch nicht identifizierte Moleküle.

Vor allem die Glukosekonzentration in jungen Blättern ist ein interessanter Markerkandidat, da bereits in anderen Pflanzen wie Eukalyptus und Lotus bei Stresssituationen ein erhöhter Glukosegehalt nachgewiesen worden ist.

Insgesamt untersuchten die Forscher 21 verschiedene Sorten, denn Reis ist nicht gleich Reis. Mindestens zwei Mal wurde die Pflanze unabhängig domestiziert. Die bekanntesten Unterarten sind der aus Südchina stammende Langkornreis „indica“ und der Rundkornreis aus Indien, „japonica“.

Archäologische Funde deuten darauf hin, dass die Menschen schon 7000 v. Chr. damit anfingen, den Reis zu kultivieren. Aus jeder Generation wählten sie die besten und kräftigsten Pflanzen mit dem meisten Ertrag aus und säten deren Körner im nächsten Jahr wieder aus. Jedes Mal wurden dadurch auch Pflanzen von der Vermehrung ausgeschlossen. Nach und nach verschwanden somit Gene aus dem Genpool der heutigen Kulturpflanzen.

„Unsere Marker konnten wir in allen untersuchten Reislinien nachweisen, sie sollten also universell für Züchter einsetzbar sein“, so Thomas Degenkolbe, der Erstautor der Studie. Als nächsten sollen die im Gewächshaus gewonnenen Daten in Feldversuchen überprüft werden, denn es gibt neben der Wasserverfügbarkeit noch zahlreiche andere Umweltfaktoren, die den Ertrag von Reis beeinflussen.
(Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie, 24.05.2013 - KSA)
 
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