Wie die Kommunikation zwischen Genen in Weizen zur Ertragssteigerung beiträgt

20.10.2017 - Deutschland

Das Phänomen der Heterosis bezeichnet die Mehrleistung von Nachkommen im Vergleich zu ihren Eltern. Ein Forschungsteam des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) zeigte für Weizen, dass Heterosis vor allem davon abhängt wie Gene miteinander interagieren.

Der Kampf gegen den Hunger droht sich zu verschärfen: Die Getreideproduktion steigt zu langsam, um die Weltbevölkerung in Zukunft ernähren zu können. „Weizen deckt etwa ein Fünftel des Kalorienbedarfs der Menschheit und ist somit eine der bedeutendsten Kulturpflanzen. Angesichts des Bevölkerungsanstiegs ist die Entwicklung leistungsstarker Sorten erforderlich, doch die Ertragszuwächse stagnieren“, erklärt Prof. Jochen Reif, Leiter der Abteilung Züchtungsforschung des IPK in Gatersleben. Ein vielversprechender Ansatz zur Steigerung der Weizenerträge liegt in der Hybridzüchtung. „Durch die Kreuzung komplementärer Eltern werden Nachkommen hervorgebracht, die durch den Heterosiseffekt bis zu einer Tonne pro Hektar Mehrertrag aufweisen. Das entspricht etwa zehn Jahren Zuchtfortschritt“, so Prof. Reif eindrücklich.

„Heterosis kann in der Hybridzüchtung erfolgreicher als bisher verwertet werden, wenn wir die Ursachen des Phänomens kennen“, erläutert Dr. Yong Jiang, Wissenschaftler in der Arbeitsgruppe Quantitative Genetik am IPK. Daher kombinierten Mathematiker, Genetiker und Agrarwissenschaftler des IPK moderne Methoden der Quantitativen Genetik und der Genomforschung mit dem Ziel, Heterosis besser zu verstehen. „Bisher waren umfassende quantitativ-genetische Analyse nur für ausgewählte Pflanzenpopulationen möglich, erst durch die Generalisierung der bestehenden Auswertungswerkzeuge gelang es uns auch die Interaktion von Genen in unsere Untersuchungen im Weizen einzubeziehen. Dies war der Schlüssel zum Erfolg, denn in dieser wichtigen Kulturpflanze ist die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Genen entscheidend für Heterosis. Die von uns entwickelte Methodik bildet eine unverzichtbare Grundlage, um Heterosis auch in anderen wichtigen Kulturpflanzen besser verstehen zu lernen“, hebt Dr. Jiang hervor.

„Die Region Nordharz/Börde rund um das IPK ist das Silicon Valley der Pflanzenzüchtung. Wir freuen uns daher sehr, mit unserem interdisziplinären und interkulturellen Team einen kleinen Beitrag zur Lösung einer der drängendsten globalen Herausforderungen, der Ernährungssicherung, zu leisten“, so Prof. Reif. Die hohe Relevanz der Studie für die Agrarforschung in Zeiten des Klimawandels wird durch die Veröffentlichung der Ergebnisse in der renommierten Fachzeitschrift Nature Genetics unterstrichen.

Publikation:

Yong Jiang, Renate H Schmidt, Yusheng Zhao, Jochen C Reif. (2017): A quantitative genetic framework highlights the role of epistatic effects for grain yield heterosis in bread wheat. Nature Genetics. doi:10.1038/ng.3974

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