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Agrarwissenschaft: Rückzucht

Weizen gehört zu den ältesten Nutzpflanzen der Menschheit. Doch bei seiner Kultivierung hatte er offensichtlich ein Gen eingebüßt, das den Nährstoffgehalt entscheidend steuert. Jetzt ließ sich der Verlust wieder beheben.
Weizen
"Unser täglich Brot" bleibt nach wie vor in vielen Regionen der Erde ein frommer Wunsch: Tag für Tag bedroht der Hunger das Leben von 20 000 Kindern; jedes dritte Kind auf der Welt leidet an Mangelernährung und Untergewicht. Mehr als zwei Milliarden Menschen nehmen mit ihrer Ernährung zu wenig Spurenelemente wie Zink und Eisen auf; mehr als 160 Millionen Kindern unter fünf Jahren fehlt es an proteinreicher Kost.

Dabei kann der Mensch doch eigentlich, seitdem er sein Jäger- und Sammlerdasein aufgab und sich als Bauer niederließ, auf eine beispiellose Erfolgsgeschichte zurückblicken. Innerhalb kurzer Zeit suchte er aus dem Angebot der Natur das Passende aus und kultivierte unsere heutigen Nutzpflanzen und -tiere.

Weizenzucht | Evolution des Saatweizens: Aus der Wildsippe Triticum boeticum züchteten die Bauern des Neolithikums die Kulturform Triticum monococcum (Einkorn) und aus dem durch Artbastardierung entstandenen tetraploiden Wildemmer (Triticum dicoccoides) die Kulturform Triticum turgidum (oder Triticum durum, den Hartweizen). Vor etwa 5000 bis 6000 Jahren entstand durch Kreuzung des Emmers mit dem Ziegenweizen (Triticum tauschii) der hexaploide Saat- oder Brotweizen (Triticum aestivum).
Ein typisches Beispiel hierfür ist der Weizen: Vor etwa 10 000 Jahren kreuzten die ersten Bauern zwei Süßgräser der Gattung Triticum und schufen die Stammform des Weizens, den Emmer (Triticum dicoccoides). Dabei vervierfachte sich der normalerweise nur im Doppelpack vorliegende Chromosomensatz der Pflanze.

Etwa 5000 Jahre später stieß zu diesem "tetraploiden" Weizen ein weiteres Süßgras und vereinigte sich zum hexaploiden Saatweizen (Triticum aestivum) mit sechsfachem Chromosomensatz. Die Vervielfältigung der Chromosomen führte zu kräftigen, nährstoffreichen Körnern – ein durchaus von den Züchtern erwünschter Effekt.

Eine weitere Weizenart, die auch vom Emmer abstammt, ist der Hartweizen (Triticum durum). Er findet sich in Brot und Teigwaren wieder und stellt heute ein Fünftel der Welternährung sicher.

"Wir sind auf dem richtigen Weg"
(Jorge Dubcovsky)
Lässt sich dieser tausendjährige Zuchterfolg noch steigern? Durchaus, meinen die Forscher um Jorge Dubcovsky von der Universität von Kalifornien in Davis, – wenn man zu den Ursprüngen zurückgeht: Beim Vergleich des Hartweizens mit seiner Stammform, dem Wildemmer, stießen die Forscher auf ein Gen, das entscheidend für den Nährstoffgehalt der Saatkörner sorgt. Ist dieser Erbfaktor namens Gpc-B1 (grain protein content) aktiv, erhöht sich der Gehalt an Eiweiß sowie an den Spurenelementen Zink und Eisen um 10 bis 15 Prozent.

Dummerweise tut das Gen zwar im Emmer seine Pflicht, doch beim Hartweizen verweigert es sich. Die Forscher suchten weiter und fanden schließlich ein weiteres Gen: NAM-B1. Es gehört zu einer Familie so genannter Transkriptionsfaktoren, die den Forscher aus dem Universalkraut der Genetiker, der Ackerschmalwand Arabidopsis, bereits bestens vertraut waren, da sie das Ablesen weiterer Gene steuern.

Wie sich nun zeigte, verfügt der Hartweizen nur über eine funktionsunfähige Version von NAM-B1. Offensichtlich ist hier bei der Zucht etwas verloren gegangen.

Neue Weizenzucht | Der neu gezüchtete Weizen enthält ein aktives Gpc-B1-Gen, das für einen erhöhten Gehalt an Proteinen sowie den Spurenelementen Zink und Eisen sorgt (rechts). Wird es über RNA-Interferenz ausgeschaltet, sinkt der Nährstoffgehalt der Saatkörner (links).
Verluste lassen sich jedoch wieder ausgleichen, sagten sich die Wissenschaftler, und versuchten, eine funktionsfähige Version aus dem Emmer in Hartweizen hineinzuzüchten – mit Erfolg: Die neue alte Zucht produzierte deutlich mehr Protein, und auch der Gehalt an Spurenelementen erhöhte sich. Als die Wissenschaftler in einem Kontrollexperiment NAM-B1 per RNA-Interferenz gezielt ausschalteten, sank die Nährstoffproduktion erwartungsgemäß wieder ab.

Dubcovsky betont, dass der Zuchterfolg ohne Gentechnik auskam, sondern allein auf traditionelle Kreuzung setzte. Da das neue Getreide auch den Geschmackstest bestand, wollen es die Wissenschaftler innerhalb des nächsten Jahres auf den Markt bringen.

"Ich bin nicht naiv", schätzt Dubcovsky die Bedeutung seiner Arbeit ein. "Ich glaube nicht, dass ein einziger Schritt wie dieser das Welthungerproblem lösen kann. Aber ich glaube, wir sind damit auf dem richtigen Weg."

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