Wissenschaftler nutzen 200 Millionen Jahre alte Genome für klimaresiliente Nutzpflanzen

Forscher haben pflanzliche Ur-Genome rekonstruiert, die über 200 Millionen Jahre alt sind. Mithilfe dieser Daten konnten sie rund 100 Genvarianten identifizieren, die Weizen und Gerste über 10.000 Jahre menschlicher Kultivierung hinweg bei der Anpassung an wechselnde Klimabedingungen geholfen haben. Diese Varianten könnten laut den Wissenschaftlern die Züchtung von Nutzpflanzen beschleunigen, die heißeren und trockeneren Bedingungen standhalten.

Paläogenomik trifft auf moderne Züchtung

Die Studie, die von Teams des INRAE, der Universität Clermont Auvergne und des französischen CNRS geleitet wurde, erschien in zwei Fachartikeln in Molecular Plant und Nature Plants. Durch den computergestützten Vergleich von 84 modernen Genomen von Blütenpflanzen rekonstruierten die Forscher zehn "Gründer-Paläogenome", die die gemeinsamen Vorfahren heutiger Nutzpflanzen repräsentieren. Anschließend untersuchten sie 1.420 moderne Weizen- und Gerstensorten sowie 5.000 Jahre alte Weizenreste, um Genvarianten zu identifizieren, die beide Getreidearten unabhängig voneinander unter ähnlichem Umweltdruck bewahrt haben.bioengineer+3

Die Logik dahinter ist simpel: Weizen und Gerste wurden in derselben Region, dem Fruchtbaren Halbmond, in etwa zur gleichen Zeit und unter denselben klimatischen Bedingungen domestiziert. Wenn zwei unabhängig gezüchtete Arten dieselben Genvarianten entwickeln, sind diese Varianten starke Kandidaten für eine echte Anpassung an Dürre, Hitze und unregelmäßige Niederschläge.phys

Validierte Ziele und offene Werkzeuge

Beim Weizen validierte das Team drei Gene, die bereits in anderen Arten charakterisiert wurden. Zwei davon beeinflussen Ertrag und Blütezeit, Eigenschaften, die Züchter bereits gezielt manipulieren, während das dritte eine Rolle bei der epigenetischen Regulation spielt, also der Steuerung, wann Gene an- oder abgeschaltet werden. Die Bestätigung, dass diese Gene artübergreifend funktionieren, ist der Kern des Potenzials dieser Studie: Anstatt jede Kulturpflanze isoliert zu betrachten, können Züchter den Katalog der konservierten Gene als Brücke nutzen.newsminimalist+1

Um diese Ergebnisse breit zugänglich zu machen, haben die Forscher zwei Open-Access-Tools veröffentlicht. AGR (Ancestral Genome Reconstruction) ermöglicht es Nutzern, ausgestorbene Paläogenome aus modernen Genomvergleichen zu rekonstruieren, während OrthoViewer eine Datenbank mit konservierten Genen über alle 84 untersuchten Arten hinweg bereitstellt, die 1.142 Gene mit dokumentierten agronomischen Funktionen integriert.phys+1

Von Getreide zu einem breiteren Instrumentarium

Die Methode ist nicht auf Weizen und Gerste beschränkt. Da die Paläogenome Dutzende botanischer Familien abdecken, kann der Arbeitsablauf auf andere Grundnahrungsmittel ausgeweitet werden. Die Teams wenden ihn bereits auf Reis, Mais und Sorghum an.phys+1

"Zu verstehen, wie sich Genvarianten im Laufe der Domestizierung und Selektion von Pflanzen- und Tierarten von landwirtschaftlichem Interesse entwickelt haben, ermöglicht es uns, diejenigen zu identifizieren, die in Umgebungen mit denselben klimatischen Einschränkungen artübergreifend selektiert wurden", sagte Jérôme Salse, Forschungsdirektor am INRAE. Diese Varianten seien "von Interesse für die Selektion von Genotypen, die an die aktuellen Herausforderungen des Klimawandels und den agrarökologischen Wandel angepasst sind."phys