Genvariante macht Weizen nahrhafter

Vielversprechende Entdeckung: Forschende haben eine Weizensorte erzeugt, die nahrhafter und potenziell ertragreicher ist als herkömmliche Varianten. Durch eine Genmutation produzieren die Weizenähren doppelte Ährchen sowie Körner mit bis zu 25 Prozent höherem Proteingehalt. Das Team schätzt, dass die neue Sorte schon in wenigen Jahren zur Verfügung stehen könnte. Sie könnte dazu beitragen, das wichtige Brotgetreide zu optimieren und die Welternährung zu verbessern.

Weizen (Triticum aestivum) ist eines der wichtigen Grundnahrungsmittel weltweit: Es liefert rund 20 Prozent der weltweit konsumierten Proteine und Kalorien – mehr als jedes andere Nahrungsmittel. Doch die zunehmende Hitze und Trockenheit setzen dem Brotgetreide zu, Ernteausfälle mehren sich. Auch der Krieg in der Ukraine hat zu Lieferengpässen geführt. Für die Welternährung ist es daher wichtig, widerstandsfähigere und nahrhaftere Weizensorten zu entwickeln.

Allerdings: Weil das Weizengenom riesig und extrem komplex aufgebaut ist, war es bisher schwer, die Genvarianten ausfindig zu machen, die sich positiv auf Inhaltsstoffe und Wachstum des Getreides auswirken. Erst seit der Entschlüsselung des Weizengenoms im Jahr 2018 eröffnen sich nun neue Möglichkeiten.

Mutation macht Doppelährchen

Diese Chance haben nun auch Laura Dixon vom John Innes Centre im britischen Norwich und ihr Team genutzt. Sie untersuchten Genvarianten, die beim Weizen „paarige Ährchen“ hervorbringen. Dabei sprießen aus einem Rachisknoten der Ähre gleich zwei Ährchen – das normale und ein direkt darunter liegendes zweites Blütchen. Durch genetische Analysen ermittelten die Forschenden, welche Mutationen solche paarige Ährchen erzeugen und welche davon potenziell vielversprechende Effekte auf Ertrag und Nährstoffgehalt des Weizens haben.

Tatsächlich wurden Dixon und ihre Kollegen fündig: Sie identifizierten eine Mutation im Gen „Homebox Domain 2“ (HB2) des Weizengenoms, die sowohl paarige Ährchen bewirkt als auch den Proteingehalt der Weizenkörner erhöht, wie Zuchtversuche im Labor zeigten. Um zu testen, ob dies auch im Freiland der Fall ist, führten die Wissenschaftler einen vergleichenden Feldversuch mit der ps1 getauften neuen Sorte und gängigen Weizensorten durch.

Proteingehalt um 25 Prozent erhöht

Das Ergebnis: „Die ps1-Pflanzen wuchsen auf dem Feld sogar noch besser als im Gewächshaus“, berichtet das Team. Die neue Sorte wurde ähnlich hoch wie die Vergleichspflanzen, blühte und reifte zur gleichen Zeit und produzierte genauso viele Ähren und Weizenkörner. Die Analyse der Körner ergab jedoch, dass diese rund 25 Prozent mehr Protein enthielten als die der Vergleichssorte. Auch der Gehalt an freien Aminosäuren, darunter dem essenziellen Methionin, Leucin und Threonin, war höher.

Wichtig auch: „Diese Zunahme im Proteingehalt geht nicht zu Lasten des Ertrags, so dass diese Entdeckung neben dem erhöhten Nährstoffgehalt auch für Züchter und Bauern wirtschaftlich ist“, sagt Seniorautor Scott Boden von der University of Adelaide. „Wir hoffen zudem, dass wir bei weiterer Zucht Varianten entwickeln, die zusätzlich auch mehr Ertrag bringen.“

Besserer Weizen für die Welt

Nach Ansicht der Forschenden eröffnet die Entdeckung dieser Genvariante nun neue Möglichkeiten, nahrhaftere und vielleicht auch ertragreichere Weizensorten zu züchten. „Dies könnte dazu beitragen, Getreide mit höherem Nährstoffgehalten für Brot und Cerealien zu erzeugen, und so der Ernährungsversorgung zugute kommen“, so Boden.

Das Forschungsteam schätzt, dass die neuen, auf dieser Genvariante basierenden Weizensorten schon in zwei bis drei Jahren den Züchtern zur Verfügung stehen und in sieben bis zehn Jahren dann von Landwirten ausgebracht werden können. (Science Advances, 2022; doi: 10.1126/sciadv.abn5907)

Quelle: University of Adelaide