WUR: Evolution in der Pflanzenzüchtung

Es scheint so logisch: Jede Pflanze trägt Chloroplasten, die zur optimales Wachstum und Entwicklung der Pflanze beitragen. Zumindest ist das, was schon immer angenommen wurde. Dies hat sich jedoch als Irrtum herausgestellt, wie die Forscher an der Universität Wageningen Forschung (WUR) in einem wissenschaftlichen Veröffentlichung in Nature Plants bekannt geben.

In dem Artikel beschreiben die Forscher eine Methode, die die die Organellen (insbesondere die Chloroplasten, die für die Photosynthese, und Mitochondrien, die Energie erzeugen) einer Pflanze mit der Organellen einer anderen Pflanze ersetzen kann, während die Chromosomen unverändert bleiben. Sie haben ihre Forschung mit der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) als Musterpflanze ausgeführt.

Forscher Erik Wijnker: "Jetzt, wo es möglich ist, die Organellen einer Pflanze mit einem effizienten genetischen Trick zu ersetzen können wir die ursprünglichen Pflanzen vergleichen mit Pflanzen, die die 'neuen' Organellen haben. Dadurch ist es leicht zu bestimmen welche neuen Kombinationen von Organellen und Chromosomen zur besten Pflanzeneigenschaften führen. Zum Beispiel wissen wir jetzt für eine bestimmte Art von Chloroplast im vorneherein, dass wenn wir sie in eine Ackerschmalwand stecken, die Photosynthese verbessert."

Stellenwert der Photosynthese

Pflanzen nutzen nur einen Bruchteil des absorbierten Sonnenlichts für die Photosynthese. Verbesserung von dieser Prozess wird als Schlüssel zu einem effizienteren Pflanzenwachstum gesehen, um die Auswirkungen der Landwirtschaft auf die Umwelt zu verringern und wird es ermöglichen, die die wachsende Weltbevölkerung in Zukunft besser zu ernähren. Lange Zeit wurde angenommen dass die Photosynthese nicht verbessert werden könnte.

In den letzten Jahren wurden, auch bei der WUR, verschiedene Methoden entwickelt, um die pflanzliche Photosynthese so weit verbessern, dass mehr von den eingefangenen Sonnenlicht zur Biomasseproduktion genutzt werden kann. Gelingt dies, können Anlagen mit verbesserte Photosynthese einen wichtigen neuen Beitrag zur Bekämpfung des Nahrungsmittelproblem, ohne das Klima weiter zu schädigen, leisten.

Eine Revolution in der Pflanzenzüchtung?

Derzeit wird die natürliche Variation der Chlorophlasten und Mitochondrien in der Pflanzenzüchtung kaum benutzt. Forscher Pádraic Flood: "Es gibt eine enorme natürliche Variation der Chloroplasten, aber Forscher fehlten einfache Methoden, um festzustellen, welche Chloroplasten die gewünschte Eigenschaften haben".

Der Beitrag von Chlorophyll und Mitochondrien zum Wachstum der Pflanze ist bekanntermaßen schwer einzuschätzen. Die in dieser Publikation beschriebene Methode erleichtert die Nutzung und macht es wiederum viel leichter zugänglich für Züchtungsunternehmen.

Doktorand Tom Theeuwen: "Der Trick, den wir bei der Ackerschmalwand angewandt haben, basiert auf die genetische Veränderung, und ihre Verwendung für Pflanzen unterliegt strengen Regeln in Europa, aber mit den heutigen modernen Züchtungsmethoden ist es glücklicherweise sehr schnell möglich, ähnliche neue Kombinationen von Organellen und Chromosomen in einer kurze Zeitspanne zu entwickeln. Nachdem wir nun gezeigt haben, dass dies zu Pflanzen führen kann, die besser abschneiden, sind einige Unternehmen daran interessiert zu erfahren, ob dies auch gilt für ihre Kulturen. Es bietet uns eine Möglichkeit, zu untersuchen, ob wir die pflanzliche Photosynthese besser verstehen und möglich zu verbessern, indem neue Kombinationen entwickelt und getestet werden."

Diese Forschung wurde vom Niederländischen Forschungsrat (NWO), Plantum (der Branchenverband für den Saatgut- und Jungpflanzensektor), und der Gemüse Züchtungsunternehmen Bejo Zaden und Rijk Zwaan unterstützt. (WUR)