Fruchtbarkeit bei Weizen erhöhen
Eine internationale Forschergruppe hat im Weizen ein Gen entdeckt, das die Blütenfruchtbarkeit und damit den Ertrag beeinflusst.
Ohne befruchtete Blüten gibt es keinen Ertrag – das wissen Landwirte wie Hobbygärtner. Welche genetischen Faktoren aber die maximal mögliche Fruchtbarkeit der Blüten beeinflussen, war bislang unklar. Forscher des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben haben jetzt gemeinsam mit Kollegen aus Japan und Israel ein Gen gefunden, das bei Weizen und auch bei Gerste die Blütenfruchtbarkeit reguliert. Im Fachjournal „PNAS“ präsentieren sie ihre Untersuchungen.
Überleben der Blütchen bestimmt Ertrag
Botaniker zählen Weizen und Gerste zur Pflanzenart Triticeae. Alle Pflanzen dieses sogenanten Tribus entwickeln einen unverzweigten Blütenstand – die Ähre. Bei Weizen besteht die Ähre aus mehreren Ährchen, die bis zu zwölf potenziell fruchtbare Blütchen entwickeln. Mehr als 70% davon sterben jedoch während ihrer Entwicklung ab. Nur die übrigen Blütchen bilden später Körner. Der Ertrag der Pflanze hängt somit davon ab, wie viele Blütchen überleben.
Durch genetische Vergleiche zahlreicher Weizensorten entdeckten die Pflanzenforscher das Gen GNI-A1, das mit der Blütenfruchtbarkeit korreliert. Es kodiert für einen Transkriptionsfaktor, dessen Aktivität verhindert, dass sich die Blüten tragende Achse der Ährchen richtig ausbildet. Das verringert die Blütenfruchtbarkeit.
Ährchenmorphologie der Brotweizen-Sorte Bobwhite und eines transgenen Derivats, das ein GNl1-RNAiKonstrukt enthält.
Gendefekt steigert Fruchtbarkeit
In ertragsstarken Sorten allerdings liegt das Gen GNI-A1 in einer mutierten Variante vor. Diese Variante ist weniger aktiv, wodurch weniger Transkriptionsfaktoren gebildet werden, die die Blütenfruchtbarkeit beschränken können. So überleben weit mehr fruchtbare Blütchen. Im Laufe der Domestikation des Weizens haben Bauern und Züchter durch ihre Selektion ertragsstarker Pflanzen ohne es zu wissen oft Pflanzen mit dieser mutierten Genvariante bevorzugt.
Der Erstautor der Studie, Shun Sakuma vom IPK Gatersleben, freut sich: „Diese Studie zeigt zum ersten Mal einen direkten Zusammenhang zwischen erhöhter Blütchenfruchtbarkeit, höherer Kornzahl pro Ährchen und höherem Ernteertrag im Feldversuch bei Weizen.“ Und es gibt noch einen Grund zur Freude: Im Gerstengenom fanden die Forscher das Gen Vrs1, das dem Weizengen GNI-A1 entspricht. Auch hier sorgt der Funktionsverlust für einen erhöhten Kornertrag. „Dieses Wissen kann uns dabei helfen, verwandte Gene zu finden, die in ähnlicher Weise arbeiten, um so die Getreideerträge weiterhin zu verbessern“, resümiert IPK-Forscher Thorsten Schnurbusch.
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