Forscher kartieren Erbgut des „Pasta-Weizens“ Das Spaghetti-Genom

Etwa acht Kilogramm Nudeln isst der Durchschnittsdeutsche pro Jahr. In Italien sind es sogar rund 25 Kilogramm. Ein internationales Forscherteam hat die Pasta-Hauptzutat genetisch genau untersucht und nun das vollständige Genom des Hartweizens veröffentlicht. Das soll dabei helfen, die Pflanze durch gezielte Züchtung weiter zu optimieren.

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München – Es ist der Stoff, aus dem Nudeln gemacht sind: Hartweizen. Fast jede Nudel besteht zum Großteil aus diesem Getreide. Seit Jahrtausenden kultivieren Menschen den Hartweizen Triticum durum, was ihn neben Weichweizen (Triticum aestivum) zur wirtschaftlich bedeutendste Getreideart macht. Abgesehen von Pasta entstehen daraus auch Bulgur oder Couscous.

Moderne Sorten des Getreides sind aus Wildem Emmer (Triticum dicoccoides) durch Domestizierung und Selektion hervorgegangen. Nun hat ein internationales Konsortium mit Beteiligung des Helmholtz Zentrum München die vollständige Genomsequenz des Hartweizens in einer Studie beschrieben.

Mehr Gene, aber wenig Vielfalt

Während das menschliche Erbgut rund 20.000 Gene enthält, fanden die Forscher beim Harzweizen mehr als drei Mal so viele, nämlich 66.559 Gene. Zu 80 Prozent besteht die Genomsequenz aus sich wiederholenden Elementen, so genannten Repeats, wie die Wissenschaftler berichten.

„Unsere Analyse der Sorte ‚Svevo‘ zeigt, wie sich das Genom durch Züchtungen verändert hat“, sagt Prof. Dr. Klaus Mayer, Leiter der Abteilung Genomik und Systembiologie pflanzlicher Genome (PGSB) am Helmholtz Zentrum München. „Vergleiche mit dem bereits 2017 veröffentlichten Genom des Wilden Emmers zeigen, in welchen Bereichen es Unterschiede gibt.“ Das Team fand beispielsweise mehrere, teils überlappende Regionen, die sich durch menschliche Aktivitäten verändert hatten. Diese Bereiche sind über das gesamte Genom verteilt.

Die Genom-Entschlüsselung des Wilden Emmers behandelt dieser Beitrag:

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Angezüchtete Cadmium-Anreicherung

Die Wissenschaftler fanden zudem heraus, dass durch die Züchtung auch unerwünschte Eigenschaften selektiert wurden, nämlich wenn es um die Anreicherung bestimmter Schadstoffen geht: Enthält der Boden Cadmium, reichert sich das Schwermetall im modernen, hochgezüchteten Hartweizen an, aber nicht im „originalen“ Wilden Emmer. „Verantwortlich ist ein Gen namens TdHMA3-B1, das im Hartweizen – im Gegensatz zu Emmer – seine Funktion verloren hat“, erklärt Mayers Kollege Dr. Manuel Spannagl.

TdHMA3-B1 codiert für ein Protein, das als Metalltransporter wirkt. Es eliminiert Cadmium aus dem Emmer, aber nicht aus dem durch Züchtung hervorgegangenen Hartweizen. „Hier zeigt sich, welchen Beitrag die Genomforschung zur modernen Zucht von Nutzpflanzen leistet“, sagt Spannagl. Mögliche Ziele seien, die Cadmiumbelastung durch gezielte Züchtung zu verringern, aber auch Weizensorten mit höherer Hitze- und Dürreresistenz zu generieren.

Originalpublikation: Maccaferri, M et al.: Durum wheat genome highlights past domestication signatures and future improvement targets. Nature Genetics, 2019; DOI: 10.1038/s41588-019-0381-3

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