Nutzpflanzen: Genom eines Durstkünstlers entschlüsselt

Ein internationales Wissenschaftler-Konsortium hat das gesamte Erbgut der Sorghumhirse Sorghum bicolor entschlüsselt. Die Pflanze wird in Asien und Nord- und Mittelamerika als Nahrungsmittel, Viehfutter und Brennstoff genutzt.

Die Daten der Erbgutanalyse werden bei der züchterischen Anpassung und Verbesserung dieser wichtigen Nutzpflanze an das sich verändernde Klima eine zentrale Rolle spielen, schreiben die Forscher im Wissenschaftsmagazin „Nature“.

Brotgetreide und noch viel mehr

Das Klima wandelt sich. Um die Ernährung zu sichern, brauchen die Menschen gerade in heute schon trockenen Regionen Pflanzen, die unter kargen Bedingungen gedeihen. Zum Beispiel Sorghum: Das im Deutschen Mohrenhirse, Durra- oder Besenkorn genannte, bis zu fünf Meter hohe Gras ist äußerst resistent gegen Trockenheit und Hitze.

Die Sorghumhirse ist eine ursprünglich aus Afrika stammende Kulturpflanze. Sie spielt heute in Indien, China und Teilen von Nord- und Mittelamerika eine wichtige Rolle in der Landwirtschaft. Aus Sorghum werden Nahrungsmittel, Viehfutter, sowie Fasern und Brennstoff hergestellt. In Afrika ist Sorghum das wichtigste Brotgetreide überhaupt. Es dient zur Mehlherstellung für Fladenbrot, wird aber auch zur Bierproduktion eingesetzt.

Sorghum gehört botanisch zu den Gräsern, ist nahe verwandt mit Mais, Zuckerrohr und dem als nachwachsenden Rohstoff bekannten Miscanthus. Sie gehört zu den C4-Pflanzen, die Sonnenlicht äußerst energieeffizient nutzen können. Die Sorghumhirse spielt deshalb in der pflanzenbiologischen Forschung eine wichtige Rolle.

20.000 getreidespezifische Gene

Ein internationales Konsortium von Wissenschaftlern, darunter auch die Forschergruppe von Professor Beat Keller vom Institut für Pflanzenbiologie der Universität Zürich (UZH) hat nun das gesamte Genom der Sorghumhirse Sorghum bicolor entschlüsselt. Ingesamt umfasst das Erbgut 730 Millionen Basenpaare.

Es ist damit knapp doppelt so groß wie das Erbgut von Reis, hat aber nur ein Viertel der Größe des Maisgenoms. Der Vergleich mit dem Reisgenom ermöglichte es, ein Set von 20.000 getreidespezifischen Genen zu identifizieren. Diese bilden offensichtlich die Grundlage für die spezifische Entwicklung und Funktion von Gräsern.

Die Analyse des Sorghumgenoms erlaubt nach Angaben der Forscher in Nature die detaillierte Untersuchung der Evolutionsvorgänge in dieser Art während den letzten 70 Millionen Jahren, aber auch in der kurzen Zeit von mehreren Tausend Jahren seit der Mensch diese Pflanze als Kulturart nutzt. Zudem werden die vielfältigen Daten aus der Erbgutanalyse eine wichtige Rolle in der zukünftigen züchterischen Verbesserung und Anpassung von Sorghum an sich verändernde Klimabedingungen spielen.

Neue Einblicke in die Unterschiede zwischen C3- und C4-Pflanzen

„Wir wollen die funktionelle und strukturelle Genomik des Sorghum aufklären“, erklärt Klaus Mayer vom Institut für Bioinformatik und Systembiologie des Helmholtz Zentrums München, das ebenfalls an der neuen Studie beteiligt war. „Das ist die Voraussetzung dafür, dieses so wichtige Getreide mit gezielter Züchtung noch leistungsfähiger zu machen.“

Sorghum ist die erste Getreidepflanze mit C4-Photosynthese, deren Genom vollständig sequenziert vorliegt. Die Analyse seiner funktionellen Genomik eröffnet neue Einblicke in die molekularen Unterschiede zwischen C3- und C4-Pflanzen.

(Universität Zürich / Helmholtz Zentrum München – Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, 02.02.2009 – DLO)