Unwesentlich mehr als zehn Jahre nachdem ein internationales Konsortium erstmals ein Referenzgenom der Kartoffel präsentierte, hat der Verbund mit Beteiligung von Forschenden der Ludwig-Maximilians-Universität München und dem Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln den nächsten Schritt gemacht: Die Forschenden haben erstmals das Genom einer Kartoffelsorte mit vier Chromosomensätzen Chromosomensatz-genau sequenziert und im Fachjournal "Nature" veröffentlicht. Das ist eine wichtige Grundlage, um das komplexe Genom der Kartoffel einfacher züchterisch zu optimieren.

Verbesserung gegenüber dem Referenzgenom von 2011

Das Referenz-Kartoffelgenom aus dem Jahr 2011 entstand aus einer doppelt diploiden Pflanze. Unter einem diploiden Genom versteht die Genetik ein Erbgut, in dem jedes Chromosom doppelt vorliegt – von jedem Elternteil stammt jeweils eine Kopie. Menschen sind diploid, Kartoffel können je nach Sorte auch diploid oder hexaploid sein, doch die meisten Zuchtlinien sind tetraploid. Bei letzteren liegen vier Kopien eines jeden Chromosoms vor. Dabei können auf jedem Chromosom die jeweiligen Gene unterschiedlich ausgeprägt sein. Bei einer doppelt diploiden Pflanze, wie sie beim Referenzgenom verwendet wurde, sind jedoch jeweils zwei der vier Chromosomensätze identisch. Das vereinfacht bei der Sequenzierung die Zuordnung der einzelnen Sequenzabschnitte zum richtigen Chromosomensatz.

Insgesamt 38.214 Gene identifiziert

Das nun vorgelegte Kartoffelgenom besteht aus 3,1 Milliarden Basenpaaren, denn dem Forschungsteam ist es mit einem Trick gelungen, alle vier Chromosomensätze mit 99,6 % Genauigkeit zu unterscheiden und zu sequenzieren. Dazu haben die Fachleute nicht die tetraploiden Zellen der Blätter, sondern die nur diploiden Pollenzellen der Kartoffelpflanze für die Analyse herangezogen. Insgesamt 717 Pollengenome sequenzierte das Team, um die nun vorliegende Genauigkeit zu erreichen. Das Kartoffelgenom enthält demnach 38.214 Gene, von denen nur rund die Hälfte in allen vier Chromosomensätzen vorkommt. Durchschnittlich existiert demnach jedes Gen mit 3,2 Kopien im gesamten Genom.

Hoffnung auf bessere Resistenz und Ertragsleistung

Zwar gibt es weltweit rund 5.000 Kartoffel-Varietäten, doch wenige eng verwandte Sorten dominieren den Anbau. Das macht die Kartoffelproduktion anfällig gegen einzelne Schädlinge, wie schon die irische Hungersnot infolge der Knollenfäule in den 1840er-Jahren dramatisch gezeigt hat. Bei anderen Nutzpflanzen ist es der Pflanzenzüchtung inzwischen gelungen, die Widerstandsfähigkeit gegen Schädlinge, Krankheiten oder andere Umwelteinflüsse zu erhöhen und zugleich den Ertrag zu steigern. Für die Kartoffel hoffen die Forschenden nun, dass dies nicht zuletzt mit Blick auf die Klimakrise nun dank der neuen Genomsequenz schneller nachgeholt werden kann.

bl