Weizen ist neben Reis und Mais eine der wichtigsten Nahrungspflanzen weltweit. Doch Klimaveränderungen gefährden die Ernten und somit auch die weltweite Nahrungsmittelproduktion für eine ohnehin wachsende Weltbevölkerung. Pflanzenwissenschaftler setzen daher große Hoffnungen auf die Entzifferung des Weizengenoms, an dem ein internationales Team seit zehn Jahren arbeitet. Nun kündigt das Konsortium zur Sequenzierung (IWGSC) an, die vollständige Sequenz des Brotweizens schon 2017 vorlegen zu können. Die Wissenschaftler sind überzeugt, dass das Wissen um den molekularen Bauplan der Nutzpflanze die Entwicklung neuer resistenter und ertragreicher Weizensorten beflügeln wird.

Die Entschlüsselung des Weizengenoms ist eine Herkulesaufgabe.  Mit 17 Milliarden Basenpaaren (17 Gb) ist das Genom des Brotweizens (Triticum aestivum) nicht nur fast sechsmal so groß wie das Erbgut des Menschen. Es ist auch äußerst komplex, denn  es liegt in jeder Zelle in sechs Kopien vor. Seit 2005 sind Forscher dabei den molekulare Bauplan des Giganten zu ergründen. Unter dem Dach des Internationalen Konsortiums  zur Sequenzierung des Weizengenoms (IWGSC) arbeiten 1.100 Forscher aus 55 Länder zusammen, darunter auch Wissenschaftler vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben (IPK).

Gegenwärtig sind 14 der 21 Chromosomen identifiziert. Dazu haben die Wissenschaftler am IPK wesentlich beigetragen. Unter der Leitung von Pflanzengenetiker Nils Stein wurde die Analyse der ersten gesamt-genomischen Weizensequenzen koordiniert und durchführt. Damit war ein erster Blick in die Organisation dieses sehr komplexen Genoms möglich.

Neue Analysetechnik bring Genomentzifferung voran

Dank einer neuen Analysemethode sehen sich die Leibnizforscher nach zehn Jahren nun kurz vor der Zielgeraden. Der Grund: Ein Teilprojekt zur Sequenzierung des Genoms der Brotweizensorte "Chinese Spring" konnte mithilfe der von der israelischen Firma NRGene entwickelten Analysetechnik Whole Genome Shotgun Sequencing erheblich schneller entziffert werden als geplant. Stein rechnet nun damit, dass auf diese Weise die komplette Weizen-DNA bis spätestens 2017 entschlüsselt ist.

Datensätze schneller zusammensetzen

„Das Verfahren ermöglicht eine deutlich schnellere und bessere Zusammensetzung der umfangreichen Illumina Sequenz-Daten. Für das zentrale Ziel des IWGSC, eine qualitativ hochwertige Genomsequenz aller Brotweizenchromosomen zur Verfügung zu stellen, war dies ein gewaltiger Durchbruch“, sagt Nils Stein. Bis der vollständige Bauplan auf den Tisch liegt, müssen die gewonnenen Informationen zu jedem einzelnen Chromosom wie ein Puzzle zu einer Referenzsequenz zusammengefügt werden.  Doch auch der Vorsitzende des internationalen Konsortiums hält das Zweijahres-Ziel für realistisch. Kellye Eversole, IWGSC Executive Director erklärt: „Die vorläufigen Ergebnisse sind beeindruckend und der Zeitpunkt ist perfekt; wir können die in den letzten zehn Jahren erfassten Daten jetzt schneller integrieren und aller Voraussicht nach in weniger als zwei Jahren eine komplette Genomsequenz des Brotweizens vorlegen.“

Neue Perspektiven für die Pflanzenzucht

Vor allem für Pflanzenforscher und -züchter bietet die Referenzsequenz des Weizengenoms erstmals die Möglichkeit, den genetischen Bauplan dieser wichtigen Nutzpflanze besser zu verstehen. „Forschern und Züchtern eröffnet sich damit die Möglichkeit, Gene und die mit ihnen verknüpften Merkmale wie Anpassungsfähigkeit, Stresstoleranz, Krankheitsresistenz oder Ertragsstärke sofort zu lokalisieren“, betont Curtis Pozniak, Projektleiter am Crop Development Centre der University of Saskatchewan. Die Ergebnisse zur Sequenzierung des Weizengenoms werden derzeit in den USA auf der 24. Plant & Animal Genome Conference in San Diego vorgestellt.