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Pflanzenzucht Genetischer Schalter für höheren Rapsertrag

Redakteur: Christian Lüttmann

Bis zu 50 Prozent höheren Ertrag könnte man mit Nutzpflanzen erzielen, wenn man deren Hormonhaushalt gezielt beeinflusst. Dies gelang Forschern aus Berlin in Rapspflanzen, in denen sie bestimmte Gene ausschalteten und so die Samenbildung in den Pflanzen steigerten.

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Bildquelle: Dr. Ireen Schwarz. Die Fotos stehen Journalistinnen und Journalisten zum Download zur Verfügung und sind bei Verwendung im Kontext der Pressemitteilung und bei Angabe der Quelle honorarfrei.
Bildquelle: Dr. Ireen Schwarz. Die Fotos stehen Journalistinnen und Journalisten zum Download zur Verfügung und sind bei Verwendung im Kontext der Pressemitteilung und bei Angabe der Quelle honorarfrei.
(Bild: Dr. Ireen Schwarz.)

Berlin – Pflanzenhormone sind ein wichtiger Faktor für den Ertrag von Nutzpflanzen. Sie beeinflussen die Anzahl an Blüten, die gebildet werden, und damit auch die Anzahlt an Samenkapseln, die nach der Befruchtung entstehen. Hier kommt das Pflanzenhormon Cytokinin ins Spiel, das die Blütenbildung regelt. An der Modellpflanze Ackerschmalwand haben Forscher um Prof. Dr. Thomas Schmülling von der Freien Universität Berlin bereits gezeigt, dass ein erhöhter Cytokinin-Gehalt zu einem höheren Samenertrag führt. Sie suchten dazu nach bestimmten Genen in der Pflanze, den CKX-Genen. Diese sorgen für die Bereitstellung von Cytokinin-abbauenden Enzymen, also für einen geringeren Cytokinin-Gehalt in der Pflanze und somit für weniger Samenbildung.

In der Ackerschmalwand identifizierten die Forscher zwei besonders wichtige Gene mit den Bezeichnungen CKX3 und CKX5. Das Ausschalten dieser Gene steigerte den Cytokinin-Gehalt, wodurch sich mehr Blüten und mehr Samen bildeten und der Samenertrag um über 50 Prozent stieg. Nun hat das Team überprüft, ob diese Ergebnisse auch für Rapspflanzen gelten.

Gleiche Pflanze, mehr Ertrag

Zusammen mit dem Projektpartner Bayer CropScience identifizierten die Forscher insgesamt 23 CKX-Gene in Raps, dessen Genom von zwei Elternpflanzen abstammt. „Sechs der CKX-Gene wurden durch ein Verfahren, das Tilling genannt wird, ausgeschaltet“, sagt Dr. Ireen Schwarz, Erstautorin der Studie.

Die neuen Linien wurden im Gewächshaus und im Freiland auf die Bildung von Blüten und Schoten am Hauptspross untersucht. Bei Blüten beobachteten die Forscher eine Zunahme von mehr als 50 Prozent; die Zunahme des Samengewichts betrug 20 bis 30 Prozent. „Das zeigt, dass Erkenntnisse der Grundlagenforschung in die angewandte Pflanzenzüchtung übertragen werden können“, sagt Studienleiter Schmülling. Die CKX-Gene seien für die Entwicklung neuer ertragreicher Rapssorten interessant. In einem nächsten Schritt stünden weitere Feldversuche an, um die Ergebnisse im größeren Maßstab zu überprüfen.

Getreidepflanzen genetisch optimieren

Großes Potenzial für die Anwendung ihrer Erkenntnisse sehen die Wissenschaftler auch bei anderen Nutzpflanzen, vor allem bei Getreidepflanzen und Reis, denn auch sie besitzen CKX-Gene. Bei Reis sei bereits gezeigt worden, dass die CKX-Gene für den Ertrag eine wichtige Rolle spielen. „Es ist spannend, dass die Funktion dieser Gene – nämlich die Beteiligung an der Ertragsbildung – in der Evolution bei so unterschiedlichen Pflanzen wie Reis und Raps erhalten geblieben ist“, sagt Schmülling. Zukünftig könnte die Genfamilie bei der Züchtung ertragreicher Getreidepflanzen eine wichtige Rolle spielen.

„Bei der Pflanzenzüchtung werden zunehmend neue Verfahren eingesetzt: die Identifizierung von Genen, die für den Ertrag oder die Anpassung von Nutzpflanzen an sich ändernde Umweltbedingungen wichtig sind, sowie ihre gezielte Veränderung durch moderne Verfahren wie Tilling oder die Genschere CRISPR/Cas“, sagt der Biologe. Angesichts des Wachstums der Weltbevölkerung und des Verlustes von Anbauflächen bleibe die Ertragssteigerung von Nutzpflanzen ein wichtiges Ziel der Pflanzenzüchtung.

Originalpublikation: Ireen Schwarz, Marie-Therese Scheirlinck, Elisabeth Otto, Isabel Bartrina, Ralf-Christian Schmidt, Thomas Schmülling: https://academic.oup.com/jxb/article-abstract/71/22/7146/5903874?redirectedFrom=fulltext, Journal of Experimental Botany, 2020, Vol. 71, No. 22 pp. 7146–7159, DOI: 10.1093/jxb/eraa419

(ID:47300135)