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.
Deutsche koordinieren globale Entschlüsselung der Gerste
Gerste (Hordeum vulgare) ist eine der ältesten und geografisch am weitesten verbreiteten Getreidearten, die vom Menschen bereits seit Jahrtausenden angebaut wird. Nicht zuletzt deshalb ist die Entschlüsselung des Gerstengenoms ein globales Anliegen. Im August 2007 haben sich Forscher aus der ganzen Welt zusammengeschlossen, um die gewaltige Aufgabe anzugehen. Zum ersten Mal übernimmt Deutschland mit dem Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben dabei die Führung bei der Sequenzierung eines Kulturpflanzengenoms.
Internationaler Verbund unter deutscher Führung
Beteiligt sind Wissenschaftler aus den USA, Australien und weiteren europäischen Partnern des Barley Genome Net. Aus deutscher Sicht sind neben den Forschern aus Sachsen-Anhalt auch Einrichtungen aus München, Jena und Quedlinburg am Vorhaben beteiligt. Das Verbundvorhaben GABI-BARLEX unterstützt das BMBF mit sechs Millionen Euro.
Die erste Nutzung der Gerste durch den Menschen liegt schon Jahrtausende zurück, bereits die alten Ägypter bauten diese Getreideart an. Heute ist die Gerste neben Weizen, Reis und Mais weltweit eine der wichtigsten Getreidearten, die auf allen Kontinenten angebaut wird. Sie wird in erster Linie als Viehfutter, aber auch zur Malzgewinnung bei der Bierherstellung genutzt. Beim Anbau wird zwischen Sommer- und Wintergerste unterschieden. Nach Angaben der Welternährungsorganisation (FAO) gehört Deutschland mit rund 12 Millionen Tonnen pro Jahr zu den weltweit größten Gerste-Produzenten (mehr...).
Mühsame Rückkreuzung mit wilder Gerste
Lange Zeit beschränkte sich die Züchtung der Gerste auf die Auslese einiger weniger Hochleistungslinien. Viele wertvolle Eigenschaften, beispielsweise die Resistenz gegenüber Krankheitserregern oder widrigen Umweltbedingungen sind so verloren gegangen.
Das MPI für Züchtungsforschung in Köln untersucht, wie die Gerste eindringende Pilze und Bakterien abwehren kann. Dieses Video ist Teil der kostenlosen DVD "Biotechnologie mit Pflanzen", die über unseren Bestellservice angefordert werden kann.Quelle: Fraunhofer IAIS/BMBF
Durch die Kreuzung mit Wildpflanzen wird nun versucht, dies wieder auszugleichen. Allerdings gelangen dadurch auch wieder unerwünschte Eigenschaften in die Pflanze, die durch Rückkreuzung mühsam entfernt werden müssen. Tiefergehendes Wissen um die genetische Ausstattung der Gerste könnte langfristig genetische Marker hervorbringen, mit deren Hilfe sich die Züchtung wesentlich zielgerichteter vorantreiben ließe.
Die Sequenzierung des Gerstengenoms soll die Voraussetzungen dafür schaffen, um diese Getreideart noch intensiver und systematischer zu analysieren. Die Pflanzengenomforscher erhoffen sich langfristig wichtige Erkenntnisse, um beispielsweise agronomische Eigenschaften des Getreides wie Ertrag oder Resistenzen gegen Schädlinge zu verbessern. Die Arbeit ist komplex. Das Gerstengenom ist mit 5,4 Milliarden Basenpaaren fast doppelt so groß wie das menschliche Genom und zehnmal so groß wie das ebenfalls bereits entschlüsselte Reisgenom.
Biologisch abbaubare Kunststoffe
Darüber hinaus könnten die durch die Entschlüsselung des Genoms gewonnenen Ergebnisse die Basis dafür liefern, dass sich Gerstensorten züchten lassen, die an bestimmte Bedingungen wie Trockenheit oder salzige Böden angepasst sind. Potentiale sehen Wissenschaftler auch in der Nutzung der Gerste als industrieller Produzent biologisch abbaubarer Kunststoffe, die bisher nur unter Einsatz chemischer Verfahren gewonnen werden können.
