Raps ist eine der bedeutendsten Ölpflanzen weltweit. Die Pflanze beinhaltet hochwertige und gesunde Fette und ist reich an Vitaminen. Neben ihrem Einsatz in Lebens- und Futtermitteln wird Raps auch für energetische Zwecke wie zur Herstellung von Biosprit genutzt. Die Nachfrage nach noch ertragreicheren neuen Sorten ist daher hoch. Forscher des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben haben gemeinsam mit der Justus-Liebig Universität Gießen und zwei Pflanzenzuchtunternehmen nun die genetischen Mechanismen entschlüsselt, die das Wachstum der Rapspflanzen beeinflussen.

Um die Ausprägung gewisser Merkmale einer Pflanze wie die Blattfläche zu ermitteln, griffen die Wissenschaftler zum einen auf sogenannte genomweite Assoziationsstudien zurück. Bei der Genome-wide association study – kurz GWAS - handelt es sich um eine statistische Methode, bei der die Merkmalsausprägungen mit Erbgutinformationen verknüpft und so die genetische Basis komplexer Eigenschaften aufgedeckt werden kann, die für die Landwirtschaft wichtig sind – etwa der Samenertrag.

Genetische Wachstumsmerkmale der Rapspflanze in hoher zeitlicher Auflösung

Zugleich kamen neueste technologische Entwicklungen in der Hochdurchsatz-Phänotypisierung zum Einsatz, um die Beziehung zwischen Erbmaterial und Merkmalsausprägung mit einer hohen zeitlichen Auflösung aufzuschlüsseln. Wie das Team im Fachjournal Plant Biotechnology Journal berichtet, wurden dafür die Pflanzenphänotypen über vier Wochen täglich fotografiert und zudem jeweils das Frisch- und Trockengewicht der Pflanzen am Ende des Experiments bestimmt. Gemeinsam mit den genetischen Markern haben die Forscher die von den Bildern gewonnenen phänotypischen Daten dann im Rahmen einer neuen genomweiten Assoziationsstudie analysiert.

Zeitliches Muster für genetischen Wachstumsmechanismus

Auf Grund der hohen zeitlichen Auflösung konnte das Forscherteam ein sogenanntes QTL-Muster (Quantitative Trait Loci) im Raps identifizieren und so ein dynamisches Pflanzenwachstum im Raps aufdecken. Dieses zeitliche Muster genetischer Mechanismen zeigt, dass die Eigenschaft „frühes Pflanzenwachstum” ein hochkomplexer Prozess ist, der gleich von mehreren genetischen Loci geregelt wird, welche jeweils in verschiedenen kurzen Phasen aktiv sind.

Die Forscher sind überzeugt, dass für die Aufklärung komplexer Einflüsse von Genen, welche in verschiedenen Entwicklungsphasen aktiv sind, die zeitliche Komponente eine entscheidende Rolle spielt. Zudem wurden mehrere Kandidatengene für Eigenschaften wie Vitalität, Form, Größe, Blattfläche und Biomasse identifiziert, die wiederum für die Züchtung neuer Rapssorten relevant sind.

bb