Weizen ist eine der wichtigsten Kulturpflanzen – nicht nur in Deutschland, sondern auch weltweit. Hierzulande wird Weizenmehl vor allem zum Backen verwendet. Doch die erforderliche hohe Backqualität für Lebensmitteln wie Brot steht und fällt mit dem Proteingehalt des Weizens. Maßgeblich für die Bewertung ist bislang der Eiweißanteil im Korn, der in der Regel mit einer intensiven Stickstoffdüngung verbunden ist und damit mitverantwortlich für die hohen Treibhausgasemissionen in der Landwirtschaft. Im Verbundprojekt MAGIC-KlimaBack wollen Forschende nun den Weg für den Einsatz neuer Backweizensorten ebnen, die eine hohe Backqualität aufweisen und zugleich das Klima schonen.

Das Vorhaben wird vom Max Rubner-Institut (MRI) koordiniert und von Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms „Klimaschutz in der Landwirtschaft“ mit 1.127.913 Euro gefördert. Daran beteiligt sind das Julius Kühn-Institut (JKI), die Martin-Luther-Universität (MLU) Halle-Wittenberg, die Universität Bielefeld und das Unternehmen KWS Saat SE.

Proteinnutzungseffizienz beim Weizen verbessern

Ziel des Projektes MAGIC-KlimaBack ist es, durch innovative Methoden der Pflanzenzüchtung die Entwicklung von Weizen mit einer verbesserten Proteinnutzungseffizienz voranzutreiben. Mithilfe modernster Züchtungs- und Analysemethoden wollen die Projektpartner dafür sorgen, dass Weizen künftig mit hoher Backqualität bei verringertem Einsatz von Stickstoffdünger produziert und damit Brotbacken klimafreundlicher wird.

Das MRI wird hierbei seine Expertise bei der Bestimmung der Getreidequalität einbringen. Im Projekt wird der geerntete Weizen auf die erforderlichen Backeigenschaften untersucht und die Ergebnisse für die untersuchten Weizengenotypen und ihre Backqualität praxisnah beschrieben. Darüber hinaus werden mithilfe einer flüssigkeitschromatografischen Auftrennung die für die Backqualität wichtigen Proteinfraktionen der Gliadine, Glutenine und Glutenin-Makropolymere untersucht sowie die Stärkequalität bestimmt.

Proteinkandidaten für Backqualität identifizieren

Gemeinsam mit der Universität Bielefeld werden die Forschenden am MRI die Proteine und Stoffwechselprodukte im Weizenmehl analysieren und jene Proteine identifizier, die für das Backverhalten entscheidend sind, um die korrespondierenden Gene ermitteln zu können. Auf dieser Grundlage könne die Getreidezüchtung „Sorten auswählen, die besonders viele dieser gewünschten Proteine enthalten“, schreiben die Forschenden. Die Analyse der Proteine und Metabolite erfolgt mithilfe der Massenspektrometrie an der Universität Bielefeld.

Darüber hinaus werden Datenpools mit sogenannten Kandidatenproteinen erstellt, die einen positiven Einfluss auf die Backqualität von Weizen bei relativ geringem Proteingehalt haben. Diese Datenpools sind wiederum die Arbeitsgrundlage für die Universität Halle-Wittenberg zur Detektion von genetischen Markern für die Backqualität sowie die Entwicklung neuer, proteinnutzungseffizienterer Weizensorten durch die KWS.

Mit KI geeignete Pflanzen und Gene für Züchtung auswählen

Die MLU wird wiederum eine neuartige, multi-parentale Winterweizenpopulation und vorhandene Gensequenzdaten bereitstellen und zugleich das Winterweizensaatgut unter Hoch- und Niedrig-Stickstoffdüngungen in Halle/Saale anbauen. Die Daten aus Feldversuch sowie dem Labor werden anschließend mithilfe künstlicher Intelligenz ausgewertet. Dabei werden Pflanzen und deren Gene identifiziert, die die Backqualität bei gemäßigter Stickstoffdüngung positiv kontrollieren und später für die Züchtung neuer Backweizensorten zur Verfügung stehen.

Ermittlung des Einsparpotenzials der Treibhausgase

Die KWS wird ebenfalls Feldversuche durchführen und Saatgut unter konventionellen und ökologischen Bedingungen produzieren. Aufgabe des JKI wird es sein, das Treibhausgas-Minderungspotenzial der neuen proteinnutzungseffizienten Weizensorten zu bewerten. Dafür wird der Anbau von Backweizen deutschlandweit über viele Jahre simuliert. „Die zu erwartenden Erkenntnisse sollen helfen, die Treibhausgas-Minderungspotenziale künftig möglichst effektiv erschließen zu können“, schreiben die Forschenden.

bb