Wenn es darum geht, Getreide resistent gegen Pilzkrankheiten wie zum Beispiel den Schwarzrost zu machen, setzen Pflanzenzüchter auf verwandte Wildgräser. Diese besitzen viele Resistenzgene, mit denen sie sich von Natur aus gegen Pilze zur Wehr setzen können.
Brande Wulff: "Die wilden Verwandten unserer domestizierten Nahrungspflanzen stellen eine wahre Fundgrube von Resistenzgenen dar. Es ist aber eine große Herausforderung, diese Resistenzgene zu identifizieren und dann von den Wildformen in die gezüchteten Sorten zu übertragen. Das ist kompliziert und dauert viele, viele Jahre."
Der Pflanzenforscher Brande Wulff vom John Innes Centre im britischen Norwich ist aber überzeugt, dass der Züchtungsprozess künftig viel schneller gehen könnte. Gemeinsam mit Kollegen hat er eine Methode namens AgRenSeq entwickelt, mit der sich Resistenzgene in Wildgräsern gezielt identifizieren lassen. Bisher war so etwas– angesichts der enormen Geninformationen in der DNA der Pflanzen – wie die sprichwörtliche Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Bei AgRenSeq hilft ein Computer mit speziellen Suchprogrammen weiter. AgRenSeq steht für Resistenzgen-Sequenzierung mittels assoziativer Genetik. Bioinformatische Algorithmen werden gefüttert mit DNA-Sequenzdaten von Dutzenden Wildpflanzen der gleichen Art.
Brande Wulff: "Diese wilden Pflanzen haben sich in der Natur über Jahrtausende hinweg ungehindert untereinander kreuzen können. So ist ein Mosaik von Geninformationen entstanden. Wir sequenzieren nun die DNA der einzelnen Pflanzen und korrelieren dann bestimmte Merkmale in den Sequenzen mit unseren Beobachtungen, welche der Pflanzen sich gegen eine Krankheit zur Wehr setzen kann. Bei einer engen Korrelation können wir die Resistenzgene in den Wildpflanzen zielgenau erkennen."
Neue Perspektiven für Pflanzenzüchter
Dass das funktioniert, hat Brande Wulff jüngst am Beispiel von Wildgräsern der Art Aegilops tauschii gezeigt. Sie sind mit dem Weizen verwandt. 195 Samenproben von Aegilops tauschii, in freier Natur rund um das Kaspische Meer gesammelt, ließ er im Labor auskeimen. Dann infizierte er die Pflanzen mit Schwarzrost und schaute, welche es schaffen, den Pilz abzuwehren. Zudem analysierte er die DNA der Pflanzen. Durch Korrelationen in diesen Daten kamen die AgRenSeq-Algorithmen gleich vier Resistenzgenen auf die Spur und lieferten deren genaue DNA-Sequenz. In der Fachsprache heißt so etwas Genklonierung, und der gesamte Prozess konnte bisher Jahre dauern. Brande Wulffs Verfahren schafft das in wenigen Monaten. Der Forscher spricht von "Speed Cloning". Es eröffnet Pflanzenzüchtern neue Perspektiven.
Brande Wulff: "Ich bin begeistert von all den Möglichkeiten – nicht nur für die Züchtung von Weizen, sondern auch allen anderen Pflanzen, bei denen wir Zugriff auf wilde Verwandte haben. Wir können Resistenzgene jetzt viel schneller identifizieren. Das bietet uns die Möglichkeit, einen ganzen Atlas solcher Resistenzgene in Wildpflanzen zu erstellen. Das Gleiche können wir auch für unsere Elite-Getreidesorten machen. Das versetzt die Züchter dann in die Lage, Resistenzgene gezielt zu kombinieren, um eine dauerhafte Widerstandsfähigkeit gegen Pflanzenkrankheiten zu erreichen."
