GABI: Ein tiefer Blick ins Gen-Bouquet der Pflanzen
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- Unter dem Dach des GABI-Förderschwerpunkts arbeiten öffentliche Forschungsinsitute und private Unternehmen zusammen an der Erforschung des pflanzlichen Erbguts. Quelle: Max-Planck-Institute für Entwicklungsbiologie
Das 21. Jahrhundert steckt voller Herausforderungen. Um sie zu meistern, braucht der Mensch die Pflanzen dringender als jemals zuvor – ob nun als Rohstoffquelle für die Industrie, als Nahrungsmittel für die wachsende Weltbevölkerung oder als Speicher für Kohlendioxidemissionen, um den Klimawandel abzumildern. Die Ansprüche an die Landwirtschaft steigen, und das nicht zu Unrecht. Denn das grüne Potenzial, das in den Pflanzen schlummert, ist riesig. Aus dieser Erkenntnis heraus unterstützt das BMBF seit den Neunzigern die „Genomanalyse im biologischen System Pflanze“. „GABI“ ermöglicht Wissenschaftlern, Mais für die deutsche Kälte zu trainieren, die Kulturpflanze Gerste komplett zu entschlüsseln, Weizen beziehungsfähig zu machen und die allerbesten Kartoffeln für Pommes frites zu finden.
Der Mais, der mit der Kälte kann
Der Mais ist heute längst zu einer globalen Nutzpflanze geworden. Die Herkunft aus dem sonnigen Mexiko kann er aber auch nach Jahrhunderten der Züchtung nicht verleugnen. Vor allem in einem Punkt: Mais bevorzugt generell ein warmes bis gemäßigtes Klima, mit Kaltwetterperioden kommt er schlecht zurecht. Schon bei zwölf Grad gerät der Energiehaushalt aus dem Lot. In Nordeuropa sind derartige Temperaturen nach der Aussaat gar nicht selten, was regelmäßig zu Ernteausfällen führt. Sonnenverliebt wird der Mais immer bleiben, das bestreitet niemand. Doch lässt sich die Kältetoleranz erhöhen, wie in den Anden zu beobachten ist. Dort wachsen bestimmte Maissorten noch in mehr als 3000 Meter Höhe. Der Mais hat also prinzipiell die Fähigkeit, auch harschen Temperaturen zu trotzen.
Per Genexpression zur Kältetoleranz
Das nahm ein Team von deutschen Forschern zum Anlass, um im Jahr 2004 das GABI-COOL-Programm ins Leben zu rufen. Wissenschaftler der Universitäten Hohenheim und Düsseldorf sowie des Max-Planck-Instituts für molekulare Physiologie bei Potsdam nahmen zusammen mit der in Niedersachsen ansässigen KWS Saat AG die Herausforderung an, die Widerstandskräfte der hochalpinen Sorten auf ihre Flachland-Verwandten zu übertragen.
Zunächst einmal ging es darum herauszufinden, von welchen Abschnitten im Genom der Umgang mit niedrigen Temperaturen eigentlich geregelt wird. Dabei war klar, dass eine derart vielschichtige Fähigkeit nicht auf ein einzelnes Gen zurückzuführen sein würde, sondern dass sich ein Netzwerk aus mehr oder weniger beteiligten Genregionen herauskristallisieren würde. Im Jahr 2007 legte die Mannschaft des GABI-COOL-Projekts erste Ergebnisse vor. Auf einer Karte des Maisgenoms konnten die Forscher sogenannte quantitative trait loci (TCL) für Kälteloleranz markieren, also jene Gen-Abschnitte, in denen besonders viele relevante Gene für diese Eigenschaft liegen. Das gelang, indem klassische Züchtungsmethoden mit molekularbiologischen Verfahren wie der Genexpressionsanalyse kombiniert wurden. Als Basis dienten zwei Maislinien, die ganz unterschiedlich mit Kälte umgehen. Zunächst wurden beide auf äußerlich sichtbare Unterscheide – also phänotypische Merkmale – untersucht.
Kreis der Verdächtigen
Die Ergebnisse wurden auf der anderen Seite mit molekularbiologischen Analysen verglichen, bei denen die Aktivitäten der Gene beider Maislinien bei kalten und warmen Witterungsverhältnissen beobachtet wurden. Durch den Vergleich phänotypischer und genotypischer Auffälligkeiten konnten die Forscher den Kreis der in Frage kommenden Genregionen einschränken. Übrig bleiben zwei offenbar besonders bedeutende Abschnitte, die nun eingehender untersucht werden.
