Die Sonnenblume ist neben Raps, Soja und Palme eine der wichtigsten Ölpflanzen weltweit. Das aus den Kernen gepresste Öl wird sowohl zur Herstellung von Lebensmitteln als auch für die Biodiesel-Produktion genutzt. Trotz ihres großen Potenzials ist die Sonnenblume hierzulande immer seltener auf den Äckern zu sehen. Der Grund: Die Pflanze ist äußerst anfällig für Krankheiten und Schädlinge. Der falsche Mehltau – ein hartnäckiger Pilz – verursacht dabei die Krankheit und hat in der Vergangenheit oft zu Ertragseinbußen geführt.
Molekulare Marker für Züchter entwickeln
Im Rahmen des Förderprojektes „SUNRISE“ hat ein Forscherkonsortium unter der Leitung der KWS Saat SE in Einbeck nach Werkzeugen gesucht, um der Sonnenblume als Öllieferant zu einem Comeback zu verhelfen. „Das Ziel war es, für die Sonnenblume kostengünstige molekulare Marker zu entwickeln, die in der Züchtung eingesetzt werden können“, sagt Projektleiterin Silke Wieckhorst von KWS Saat. Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Förderinitiative PLANT 2030 zwischen 2012 und 2015 mit insgesamt 1,26 Mio. Euro gefördert. An dem Vorhaben waren neben der KWS Saat auch die Universität Hohenheim, die Technische Universität München und das Gaterslebener Biotechnologie-Unternehmen Trait Genetics beteiligt.
Genetischer Krankheits-Check
Im Fokus des Projektes stand die Entwicklung und Identifizierung von Markern, die mit den Resistenzgenen gegen den falschen Mehltau eng gekoppelt vererbt werden. Dafür nahmen die Forscher vor allem das Genom der aus Nordamerika stammenden Sonnenblumenart Helianthus annuus, aber auch das Erbgut der Wildart Helianthus argophyllus ins Visier. Vollständige Genomsequenzen lagen zu Beginn des Projekts allerdings noch nicht vor.
Mithilfe modernster Sequenziertechnologien spürte das Team um Wieckhorst sogenannte Marker – also charakteristische DNA-Unterschiede zwischen verschiedenen Pflanzenlinien auf. In diesem Fall handelte es sich um sogenannte Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs). Hier unterscheiden sich die DNA-Sequenzen in nur einem einzigen Buchstaben (Nukleotid) des Erbgut-Codes. Einmal aufgespürt sind molekulare Marker für Pflanzenzüchter fortan wichtige Orientierungshilfen im Genom. Denn die Existenz bestimmter Marker ist häufig mit landwirtschaftlich interessanten Eigenschaften gekoppelt. „Wir haben von vier Sonnenblumenlinien das komplette Genom und bei weiteren 48 Linien nur bestimmte Teilbereiche sequenziert. So hatten wir eine Grundlage, um die DNA-Unterschiede zwischen den Linien aufzuspüren“, erklärt Wieckhorst.
22.000 Marker auf einem DNA-Chip
Im Ergebnis entstand ein DNA-Mikrochip mit knapp 22.000 relevanten SNP-Markern. Gibt man ein Gemisch aus DNA-Stücken einer zu testenden Pflanze dazu, lagern sich einige dieser Schnipsel an ein Pendant auf dem Chip an und erzeugen dann ein optisches Signal. Dieser Erbgut-Check kann die Züchtung neuer resistenter Sonnenblumen-Linien beschleunigen. „Mithilfe der Marker hat man schnell ein Bild, ob die Pflanze eine gewünschte Resistenz trägt oder nicht. Sie muss nicht mehr phänotypisiert werden, sondern man kann bereits im Keimlingsstadium ein Stück Blatt entnehmen, daraus DNA extrahieren und mithilfe der von uns entwickelten Marker das Erbgut analysieren. Das ist ein großer Zeitgewinn und spart Kosten“, sagt Wieckhorst.
Ressource für neue Züchtungen
Mit dem Genotypisierungs-Chip hat das Sunrise-Projektteam Pflanzenzüchtern auch ein innovatives Werkzeug für die Entwicklung neuer ertragsreicher Sonnenblumen-Sorten in die Hand gegeben. „Resistenzgene sind unheimlich wichtig, um die Sonnenblume zu schützen und einen stabilen Ertrag zu gewährleisten. Der Chip kann die Pflanzenzüchtung darüber hinaus bei der genomischen Selektion unterstützen, um beispielsweise den Ertrag vorherzusagen“, erklärt Wieckhorst.
Ertrag und Qualität der Ölpflanze ins Visier
Bei KWS Saat ist der Einsatz von molekularen Markern, die auf dem Sonnenblumen-Genotypisierungschip basieren, längst ein gängiges Werkzeug. Die identifizierten Marker bilden zudem den Grundstock für das Nachfolgeprojekt „InnoSun“, das im April gestartet ist und vom Bundeslandwirtschaftsministerium gefördert wird. Hier werden die einstigen Sunrise-Partner unter Leitung von Silke Wieckhorst das neue Werkzeug nutzen, um mittels genomischer Selektion gezielt Ölertrag und Ölqualität der Sonnenblume vorherzusagen. Da Insekten die großen Korbblüten der Sonnenblumen lieben, sind für die Pflanzenexpertin die Forschungsaktivitäten auch ein wichtiger Schritt hin zu mehr Biodiversität auf dem Acker.
Autorin: Beatrix Boldt
