Deutsche Hopfenforschung im globalen Wettbewerb
Deutschland, lange Zeit führend im weltweiten Hopfenanbau, sieht sich einem verstärkten Wettbewerb aus Übersee gegenüber. Die USA haben Deutschland im vergangenen Jahr als größten Hopfenproduzenten abgelöst. Als Reaktion darauf entwickeln Wissenschaftler der Universität Hohenheim neue Zuchtverfahren, um den Hopfenanbau präziser und schneller zu gestalten. Ziel ist die Erstellung einer genetischen Landkarte deutscher Hopfensorten, basierend auf rund 1.000 jungen Hopfenpflanzen.
Die Forschung soll die Entwicklung neuer Hopfensorten ermöglichen, die an Klimaveränderungen angepasst sind, Resistenzen gegenüber Schädlingen aufweisen und somit einen reduzierten Einsatz von Pflanzenschutzmitteln erfordern. Gleichzeitig sollen die neuen Sorten den Anforderungen der Craft-Bier-Szene gerecht werden. Deutschland bewirtschaftet eine Hopfenanbaufläche von rund 17.000 Fußballfeldern, was 36 Prozent der globalen Anbaufläche für die internationale Bierproduktion entspricht.
„Die jüngsten Zahlen zeigen, dass Deutschland bereits 2015 als weltweit größtes Hopfenanbauland von den USA eingeholt wurde“, so Dr. Michael Helmut Hagemann vom Fachgebiet Ertragsphysiologie der Sonderkulturen an der Universität Hohenheim und Koordinator des Hopfenkooperationsprojekts.
US-Züchtung als Vorbild für Effizienz
Ein wesentlicher Grund für den Erfolg der US-amerikanischen Hopfenwirtschaft liegt in Investitionen in neue Pflanzungen und Forschung. Innovationen in der Züchtungsforschung ermöglichen es der US-Branche, schneller und gezielter auf Geschmackstrends zu reagieren. Bereits 2013 veröffentlichte eine amerikanische Arbeitsgruppe erste Ergebnisse zur Entwicklung einer genetischen Karte für amerikanische Hopfensorten. Dieser Wissensvorsprung erlaubt es US-Züchtern, vielversprechende Pflanzen bereits im Jungpflanzenstadium zu identifizieren und ungeeignete Sorten frühzeitig auszusortieren.
„Sie können schneller und präziser züchten“, betont Dr. Hagemann.
Diese genetische Grundlage fehlt bislang im deutschen Hopfenanbau. Ein Kooperationsprojekt der Universität Hohenheim, der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft in Hüll/Freising und des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen, unterstützt von Hopfenpflanzern in Tettnang und der Hopfenverwertungsgenossenschaft, soll nun die Präzisionszüchtung für Hopfen in Deutschland etablieren.
Herausforderungen der konventionellen Züchtung
Die bisherige konventionelle Züchtung in Deutschland ist im Vergleich zur Präzisionszüchtung aufwendig und zeitintensiv.
„Bisher müssen sich deutsche Hopfenzüchter ausschließlich auf ihren langjährigen Erfahrungsschatz und Intuition verlassen“, erklärt Dr. Hagemann. „Junge Hopfenpflanzen werden vom Züchter vor allem nach äußeren Eigenschaften wie Aussehen, Wuchs und den ersten Dolden ausgewählt. Er behält diejenigen, die ihm vielversprechend erscheinen.“
Ob der Hopfen geschmacklich den Erwartungen entspricht, zeigt sich erst nach mehreren Jahren, wenn die Pflanze erntereif ist. Neben Anbaukriterien wie Wachstumsverhalten, Ertrag oder Krankheitsresistenz sind die Inhaltsstoffe entscheidend für die Anforderungen der Bierbrauer. Konventionelle Bierbrauer legen Wert auf Alphasäuren für den bitteren Geschmack, während Craft-Bier-Brauer ein ausgewogenes Verhältnis von Aroma- und Bitterstoffen bevorzugen.
„Es dauert mindestens 12 Jahre, bis es eine Hopfengeneration wirklich in den Sudkessel einer Brauerei schafft“, erläutert Dr. Hagemann. „Das zeigt, wie aufwendig und vor allem kostenintensiv die Züchtung langjähriger Pflanzen ist. Genau hier setzt unser Kooperationsprojekt an.“
Grundlagen und Methodik der Präzisionszüchtung
Das Forschungsprojekt basiert auf rund 1.000 Hopfen-Sämlingen, die in einem Gewächshaus der Universität Hohenheim auskeimen. Die Elternpflanzen stammen vom Hopfenforschungszentrum der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft in Hüll/Freising.
„Unsere bayerischen Kollegen haben hierfür zwei Elternpflanzen genommen, die in ihrem Erbmaterial (DNA) sehr unterschiedlich sind“, so Dr. Hagemann. „Auf diese Weise haben wir bei den Nachkommen eine hohe genetische Vielfalt.“
Das Erbgut dieser Nachkommen dient als Basis für das neue Verfahren. Mittels Genanalysen wird die Hopfen-DNA untersucht, um Zusammenhänge zwischen Eigenschaften wie Resistenz, Ertrag und Geschmack und bestimmten Genabschnitten zu identifizieren.
„In der Genetik bezeichnen wir solche Abschnitte als Marker“, erklärt Dr. Hagemann. „Wenn es zwischen einem Marker und einer bestimmten Eigenschaft dann einen Zusammenhang gibt, sprechen wir von einer Marker-Merkmals-Beziehung.“
Sind diese Marker und Beziehungen bekannt, können künftig bereits am Keimling Rückschlüsse auf den späteren Ertrag, die Pilzresistenz sowie das Aroma oder den Bittergeschmack einer Pflanze gezogen werden.
Die Entwicklung dieser Methode erfordert den Einsatz modernster Technologien und Methoden der Inhaltsstoffanalyse, Sequenzierung, Biostatistik und Bioinformatik.
„Dabei entsteht eine große Menge an Daten, die bearbeitet und ausgewertet werden müssen“, so Dr. Hagemann. „Auch hier bekommen wir mit den Biostatistikern Dr. Jens Möhring und Prof. Dr. Hans-Peter Piepho Unterstützung von der Universität Hohenheim.“
Anwendung und Ausblick
Trotz des hohen Forschungsaufwands soll die neue Zuchtmethode in der Anwendung einfach und kostengünstig sein.
„Der Züchter kann diese Auswertungen zukünftig standardisiert und selbstständig in seinen Laboren durchführen“, erklärt Dr. Hagemann.
Die Genanalyse der jungen Pflanzen soll im Mai 2016 beginnen, die genetische Karte der Hopfenpopulation wird voraussichtlich Anfang 2017 erstellt sein.
„Um möglichst präzise und zahlreiche Marker-Merkmals-Beziehungen herstellen zu können, müssen wir allerdings noch weitere Generationen untersuchen“, sagt der Experte. „Daher sind die aktuellen Arbeiten als erster Schritt in Richtung Präzisionszüchtung zu verstehen.“
Die langfristigen Ergebnisse sollen dazu beitragen, die deutsche Hopfenproduktion präzise und erfolgreich an der Spitze des Weltmarktes zu halten.
Projektübersicht: Präzisionszüchtung von Hopfen
Das Kooperationsprojekt zur Präzisionszüchtung von Hopfen wird von der Universität Hohenheim, der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung) mit den Arbeitsgemeinschaften zur Hopfenforschung unter Leitung von Elisabeth Seigner und dem Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen unter der Leitung von Prof. Dr. Detlef Weigel durchgeführt. Die Finanzierung für zwei Jahre erfolgt durch das Bayerische Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten, das Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz Baden-Württemberg, die Erzeugergemeinschaft Hopfen HVG e.G. in Wolnzach und die Universität Hohenheim.
Die Forscher nutzen Technologien und Methoden der Inhaltsstoffanalyse, Sequenzierung, Biostatistik und Bioinformatik, um Ertrag, Qualität und Resistenz des Hopfens sowohl in der Keimphase als auch im Ertragsstadium zu bestimmen. Ziel ist die frühzeitige Erkennung vielversprechender Pflanzen für die Entwicklung neuer Sorten.
Beteiligte Wissenschaftler der Universität Hohenheim sind Prof. Dr. Jens Wünsche und Dr. Michael Hagemann (Fachgebiet Ertragsphysiologie der Sonderkulturen), Prof. Dr. Hans-Peter Piepho und Dr. Jens Möhring (Fachgebiet Biostatistik), Prof. Dr. Gerd Weber (em.) vom Institut für Pflanzenzüchtung, Saatgutforschung und Populationsgenetik sowie Susanne Braun vom Forschungszentrum für Bioökonomie.