Ob Weizen, Tomate oder Erdbeere: Bei der Züchtung von Nutzpflanzen war bisher der Ertrag ein wichtiges Kriterium. Durch die gezielte Züchtung ging jedoch nicht nur die genetische Vielfalt verloren. Auch Merkmale, die Pflanzen vor Hitze, Trockenheit oder Kälte schützen, blieben auf der Strecke. Der Genpool von Wildpflanzen und älteren Sorten rückt daher zunehmend in den Fokus der Forschung. So auch am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Dort wurde das Genom der Walderdbeere (Fragaria vesca) unter die Lupe genommen, um kältetolerante Gene aufzuspüren.

In Folge des Klimawandels verschieben sich Jahreszeiten, sodass Nutzpflanzen wie Erdbeeren immer häufiger durch plötzlichen Frost geschädigt werden. „Durch den Klimawandel fällt es selbst der modernen Landwirtschaft immer schwerer, die fehlende Widerstandsfähigkeit der Nutzpflanzen durch Düngung und Feldpflege aufzufangen“, erklärt Peter Nick vom Joseph Gottlieb Kölreuter Institut für Pflanzenwissenschaften des KIT. „Wildpflanzen und deren Resilienzgene werden für die Landwirtschaft deshalb immer wichtiger.“

Ursachen für Widerstandskraft entschlüsselt

Die Forschenden identifizierten zunächst Genotypen von Walderdbeeren, die gegen Kälte tolerant und empfindlich sind. Dazu nutzten die Forschenden die Genbank Südwest im Netzwerk „Wildpflanzen mit Nutzungspotenzial für Ernährung und Landwirtschaft“. Dabei fand das Team „ein Paar von Genotypen“, das auf Kältestress völlig gegensätzlich reagierte.

Der Studie zufolge gab es zum einen Unterschiede, die bereits vor dem Kältestress sichtbar wurden. „Gewisse kälteregulierte Gene werden im kältetoleranten Genotyp viel stärker ausgelesen. Diese sorgen für die Produktion von Proteinen, die als zelleigenes Frostschutzmittel wirken und die Membran vor Gefrierschäden schützen“, erläutert Nick. Zum anderen wurden Unterschiede beobachtet, die erst durch den Kältestress verursacht werden. Wie die Forschenden im Journal of Experimental Botany schreiben, wird durch die Kälte die Membran der Pflanzenzelle steifer, was Auswirkungen auf Transportvorgänge und Enzymaktivität hat.

Kälteresiliente Erdbeeren züchten

„Wir haben nun Gene identifiziert, die bei dieser Kältesignalkaskade besondere Bedeutung haben und für die erfolgreiche Reaktion der robusten Walderdbeere sorgen“, berichtet der Botaniker. Damit haben die Karlsruher Forschenden die Voraussetzungen für zukünftige resilientere Züchtungen geschaffen. „In Zukunft können wir auf Basis dieser Ergebnisse Kulturerdbeeren züchten, die beispielsweise das Frostschutz-Protein verstärkt bilden. Dafür müssen wir keine Gentechnik hinzuziehen, sondern können auf natürliche Weise kreuzen“, so Nick. Auf Basis dieses molekularen Wissens sei es nun auch möglich, sehr schnell die dafür passenden Individuen auszusuchen. „Das Beispiel der Walderdbeere zeigt, dass wir die Landwirtschaft durch die Analyse von Wildarten zukünftig nachhaltiger und resilienter gestalten können“, resümiert der Forscher. 

bb