Gegen den Welthunger: Genetischer Schalter sorgt für mehr Ertrag bei Mais und Reis

Getreidepflanzen sind wichtige Kalorienlieferanten. Mais und Reis gehören zu den bedeutendsten Kulturpflanzen und decken einen beträchtlichen Teil der menschlichen Energiezufuhr ab. Forscher:innen des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie haben sich mit Kolleg:innen aus China zusammengetan, um zum Verständnis davon beizutragen, wie der Ertrag dieser beiden Getreidearten erhöht werden kann.

Genschalter beeinflusst Menge der Körner

Mais und Reis stammen aus verschiedenen Ursprungsregionen auf unserem Planeten. Während Mais aus Mexiko kommt, liegen die Ursprünge von Reis in China. In beiden Gegenden gibt es daher eine Reihe wilder Varianten der beiden Kulturpflanzen.

Die Forscher:innen des Teams analysierten das Erbgut von Mais und verglichen dieses mit einer verwandten, wilden Art, der Teosinte. Ziel war es, herauszufinden, welche Auswirkungen die Domestikation und damit einhergehende Selektion auf das Erbgut der Pflanzen haben. Im Rahmen des Vergleichs fand das Team ein Gen, in dem sich die Teosinte und Kulturmais unterscheiden. Einer nichtkodierenden, stromaufwärts gelegenen Region des Gens KRN2 kam dabei eine besondere Bedeutung zu.

Solche Regionen wurden früher als genetischer Müll betrachtet – schlicht und einfach, weil man die Aufgabe der Regionen nicht kannte. Inzwischen ist aber bekannt, dass derartige Regionen dafür zuständig sind, die Aktivitäten eines Gens zu kodieren. „Wir konnten zeigen, dass Veränderungen in dieser Region die Ausprägung von KRN2 verringert, was zu einer erhöhten Anzahl von Körnerreihen führt„, so Alisdair R. Fernie, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam-Golm. Derselbe Nachweis konnte für das entsprechende Gen im Reis geführt werden. Dieses hat den Namen OsKRN2.

Mais und Reis ertragreicher machen

KRN2/OsKRN2 ist Teil einer Proteininteraktion, die im Laufe des Selektionsprozesses offenbar unverändert erhalten geblieben ist und die offenbar sowohl bei Mais als auch bei Reis die Anzahl der Körner steuert. Die Entdeckung der nichtkodierenden Region des Gens KRN2/OsKRN2 entspricht sozusagen der Entdeckung des Regulationsschalters, mit dem die Anzahl der Samen gesteuert wird.

Die Forscher:innen konnten zeigen, dass eine Stillegung der KRN2/OsKRN2-Gene zu einer Ertragssteigerung von etwa zehn Prozent bei Mais und acht Prozent bei Reis führt. Offensichtliche nachteilige Auswirkungen auf andere agronomische Merkmale konnten dabei nicht beobachtet werden.

Domestikation wilder Verwandter

Der andauernde und anhaltende Klimawandel ist ein Faktor, der den ohnehin schon drastisch vorhandenen globalen Hunger verstärken wird. Vor diesem Hintergrund isst es umso wichtiger, das Ertragspotential der über Jahrtausenden domestizierten Elitesorten zu sichern und zu verbessern. Das Identifizieren von wichtigen „Regulationsschaltern“ in den Kulturpflanzen und die darauf folgende Verschiebung der Genexpression in die gewünschte Richtung kann dabei ein wichtiger Faktor sein.

Außerdem ist es denkbar, den gegengesetzten Weg zu beschreiten, um so besonders widerstandsfähige Kulturpflanzen zu erschaffen. Es wäre möglich, günstige agronomische Eigenschaften der Kulturpflanzen gezielt in Wildpflanzen einzubringen, die besser an Umweltfaktoren angepasst sind. „Wir können einfach eine Handvoll dieser domestizierten Gene, wie KRN2, in ihre wilden Verwandten einbringen. Die Idee dahinter ist, dass man ertragreiche, aber auch widerstandsfähigere Pflanzen züchten kann, was für die Landwirtschaft der Zukunft entscheidend sein wird„, so Fernie.

via Max-Planck-Gesellschaft