Täglich Brot: Weizen gehört zu den wichtigsten Nahrungsquellen der Welt, dennoch ist sein Erbgut noch nicht entschlüsselt – bis jetzt. Ein internationales Forscherteam hat nun einen Entwurf der komplexen Gensequenz dieses wichtigen Getreides veröffentlicht. Mit diesem Fortschritt, der neue Weizen-Züchtungen bedeutend verbessern soll, beschäftigen sich gleich vier Artikel im Fachjournal „Science“.
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Weizen ist die am meisten angebaute Nutzpflanze der Welt: Rund ein Fünftel des Kalorienbedarfes der ganzen Menschheit werden mit diesem Getreide gedeckt. Sein Proteingehalt liegt höher als der von Reis oder Mais, was den Weizen zu einer der wichtigsten pflanzlichen Proteinquellen macht. Im Gegensatz zu Reis und Mais ist jedoch das Erbgut des Brot-Weizens noch nicht vollständig sequenziert. Das liegt daran, dass das Genom dieser Getreideart außerordentlich groß und komplex ist: Die gesamte DNA-Sequenz ist mehr als fünfmal so lang wie die des Menschen. Außerdem liegt jedes Chromosom nicht bloß wie beim Menschen doppelt vor, sondern gleich in sechsfacher Ausfertigung.
Neue Züchtungen in greifbarer Nähe
Gerade weil Weizen aber so eine wichtige Nahrungsquelle ist, hat sich das Internationale Weizen-Genom-Sequenzierungskonsortium (IWGSC) zum Ziel gesetzt, das Erbgut der Pflanze vollständig zu entschlüsseln. Ein großer Schritt in diese Richtung ist dem Konsortium nun gelungen: Die Wissenschaftler präsentierten einen vorläufigen Entwurf der Gensequenz aus einzelnen Fragmenten. Auch wenn so noch nicht die vollständige Gensequenz, ist es dennoch zum ersten Mal möglich, spezifische Gene im Weizen-Genom schnell und zuverlässig aufzuspüren.
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Damit rücken zahlreiche neue Möglichkeiten in greifbare Nähe: Resistenz gegen Krankheiten und wechselndes Klima, aber auch Qualität und Menge der Ernteerträge hängen vom Erbgut der Pflanze ab. „Die neu gewonnenen Einsichten in die Biologie des Weizengenoms ermöglichen uns, Gene rascher zu isolieren und die Entwicklung von Markern für die Züchtung voranzutreiben“, erklärt Klaus Mayer vom Helmholtz Zentrum für Gesundheit und Umwelt in München (HMGU), der an allen vier erschienen Artikeln maßgeblich beteiligt war.“Das sind die Grundbausteine für die Herausforderung, den zunehmenden Bedarf der Welternährung bei stagnierenden Erträgen, Pflanzenkrankheiten und einem sich ändernden Klima erfolgreich zu begegnen.“
Sieben Millionen Jahre der Artenentwicklung
Doch nicht nur zukünftige Weizen-Züchtungen sollen mit dem bekannten Genom verbessert werden – die bisherigen Ergebnisse liefern auch Einblicke in die Vergangenheit der Kultupflanze. „Wir haben herausgefunden, dass unser heutiges Brotweizengenom das vorläufige Endprodukt einer Vielzahl von Kreuzungen und Hybridisierungen während der Artenentwicklung des Weizens ist“, sagt Mayer. Demnach lässt sich ein erster gemeinsamer Vorfahr der Weizenarten Typ A und Typ B auf etwa sieben Millionen Jahre zurück datieren. Aus diesen wiederum ging vor etwa fünf Millionen Jahren der Weizen Typ D hervor.
Diese Prozesse zu verstehen ist für zukünftige Züchtungen ebenfalls bedeutend: „Unsere Untersuchungen helfen uns zu verstehen, wie ein polyploides Gen reguliert wird“, so Mayer weiter. „Dies wird zukünftige Züchtung, landwirtschaftlichen Anbau und industrielle Eigenschaften von Weizen beeinflussen.
Das vollständige Genom des Brot-Weizens soll bis spätestens 2016 entschlüsselt sein. Dass dies möglich ist, zeigten die Forscher des Konsortiums ebenfalls: Vom größten der Weizenchromosomen, dem Chromosom 3B, präsentierten sie bereits eine vollständige Referenzsequenz. „Wir wissen jetzt, wie wir eine Referenzsequenz für die 20 restlichen Chromosomen erhalten“, erklären die Forscher, „und wir können hoffentlich die Ressourcen finden, um dies in den nächsten drei Jahren zu erreichen.“
(Science, 2014;doi: 10.1126/science.1251788; doi: 10.1126/science.1250092; doi: 10.1126/science.1250091; doi: 10.1126/science.1249721)
(Helmholtz Zentrum München – Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt / Universität Zürich / Science, 21.07.2014 – AKR)
