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Wie viel Wasser eine Weizenpflanze verliert, entscheidet sich zu einem großen Teil an winzigen Poren auf den Blättern. Forschende der China Agricultural University in Peking haben nun eine natürliche Genvariante identifiziert, die diesen Wasserverlust bei Trockenheit begrenzt und zugleich den Kornertrag unter Wassermangel erhöht. Die Studie ist in Nature Plants erschienen.
Genvariante reguliert die Spaltöffnungen
Ausgangspunkt war eine genomweite Analyse von 174 Weizenlinien, die unter guter Wasserversorgung und Trockenstress im Feld untersucht wurden. Dabei stieß das Team auf das Gen TaSCE1-A1. Es codiert ein Enzym, das sogenannte SUMO-Proteine an andere Proteine anheftet und dadurch deren Stabilität beeinflussen kann.
Entscheidend ist eine natürlich vorkommende Veränderung in der vorgeschalteten Regulatorregion des Gens. Bei der als günstig eingestuften Variante ist TaSCE1-A1 unter Trockenstress stärker aktiv. In der Folge werden Proteine stabilisiert, die an der Signalwirkung des Pflanzenhormons Abscisinsäure beteiligt sind. Dieses Hormon sorgt bei Wassermangel unter anderem dafür, dass sich die Spaltöffnungen der Blätter schließen. Die Pflanzen verlieren dadurch weniger Wasser.
Die Forschenden überprüften den Zusammenhang mit verschiedenen genetischen Ansätzen. Neben nahezu genetisch identischen Weizenlinien mit unterschiedlichen Varianten von TaSCE1-A1 erzeugten sie auch gezielt editierte Pflanzen. Diese Versuche bestätigten, dass die günstige Variante die Trockenresistenz und die Wassernutzungseffizienz verbessert. Unter normaler Wasserversorgung zeigten sich dagegen keine erkennbaren Wachstumseinbußen.
Mehr Korn bei Wassermangel
Für die Züchtung ist vor allem ein weiteres Ergebnis interessant. Weizenlinien mit dem günstigen Haplotyp, also einer bestimmten Kombination genetischer Varianten, lieferten unter Wassermangel einen höheren Kornertrag.
Die günstige Genvariante ist keine Neuentwicklung. Sie entstand den Analysen zufolge bereits in einer Vorläuferform des heutigen Brotweizens und findet sich heute in einem Teil der Weizensorten – besonders häufig in Sorten aus trockenen Regionen. Das Team sieht TaSCE1-A1 deshalb als möglichen Ansatzpunkt, um Weizensorten gezielter an trockene Bedingungen anzupassen. Bevor daraus neue Sorten für die Landwirtschaft entstehen, muss sich der Effekt jedoch in unterschiedlichen Sortenhintergründen und Umweltbedingungen bewähren.
ag
