Ungenutztes Potenzial europäischer Hartmaissorten
Europäische Hartmaissorten verfügen über eine umfangreiche genetische Vielfalt, die bisher in der Maiszüchtung kaum genutzt wurde. Wissenschaftlern der Universität Hohenheim und ihren Kooperationspartnern ist es gelungen, dieses Potenzial für die Züchtung zu erschließen. Die entwickelten Linien zeigen Eigenschaften, die denen des Elite-Maises nahekommen und könnten dazu beitragen, Mais an die Bedingungen des Klimawandels anzupassen.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützte das abgeschlossene Projekt mit rund 365.000 Euro. Europäischer Mais umfasst etwa 5.000 Landrassen wie Gelber Badischer Landmais, Strenzfelder, Lacaune oder Lizagarotte. Diese Landrassen entwickelten sich seit dem 16. Jahrhundert ohne systematische Züchtung und wurden bis in die 1960er Jahre angebaut. Sie sind oft gut an ihre lokalen Umweltbedingungen angepasst, was angesichts des Klimawandels an Bedeutung gewinnt.
Die genetischen Ressourcen dieser Landrassen sind heute überwiegend in Genbanken gelagert. Prof. Dr. Albrecht Melchinger, Mais-Spezialist an der Universität Hohenheim, betont die Notwendigkeit, dieses verborgene Potenzial zu erschließen, um das heutige Elite-Material zu bereichern.
Kältetoleranz als Zuchtziel
Traditionell standen Ertrag und Qualität im Vordergrund der Maiszüchtung. Angesichts des Klimawandels sind jedoch neue Prioritäten entstanden. Häufigere Spätfröste und frühe Hitzeperioden beeinträchtigen junge Pflanzen und die Pollenentwicklung. Eine verbesserte Kältetoleranz würde eine frühere Aussaat ermöglichen, was den Pflanzen einen Wachstumsvorsprung verschaffen und sie widerstandsfähiger gegen Dürreperioden machen könnte.
Prof. Dr. Melchinger hebt hervor, dass Kältetoleranz ein wesentliches Merkmal in der modernen Maiszüchtung ist. Er ergänzt, dass auch Sorten mit höherer Toleranz gegenüber Wasserstress oder geringerem Düngerbedarf sinnvoll wären, ohne die klassischen Zuchtziele zu vernachlässigen.
Reinerbige Mais-Linien aus Landrassen gewinnen
Die Nutzung der robusten Landrassen für die Züchtung ist durch deren genetische Heterogenität erschwert. Für die Züchtung leistungsstarker Hybriden sind jedoch reinerbige Mais-Linien erforderlich. Prof. Dr. Melchinger erläutert, dass Mais normalerweise zwei Chromosomensätze besitzt. Bei Landrassen sind die Eltern genetisch unterschiedlich, was zu gemischterbigen, heterozygoten Pflanzen führt, deren Nachkommen sehr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.
Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Melchinger verwendet die Methode der in vivo Haploideninduktion, um aus Landrassen reinerbiges Zuchtmaterial zu gewinnen. Dabei werden Maispflanzen ausgesät und mit speziellen Induktorgenotypen bestäubt. Etwa drei Prozent der entstehenden Samenkörner haben nur einen Chromosomensatz. Diese Samen werden anhand der Farbausprägung des Embryos identifiziert, zum Keimen gebracht und mit Colchizin behandelt. Dies bewirkt eine Verdopplung des Chromosomensatzes, wodurch doppelhaploide Pflanzen mit zwei identischen Chromosomensätzen entstehen. Auf diese Weise können reinerbige Linien aus den Landrassen gewonnen werden.
Prüfung der neuen Mais-Linien
Nach der Gewinnung der reinerbigen Linien erfolgt deren Prüfung, insbesondere hinsichtlich der Kältetoleranz. In Zusammenarbeit mit der KWS SAAT AG und der Technischen Universität München (TUM) unter der Projektleitung von Prof. Dr. Chris Carolin Schön werden mehrjährige Feldversuche durchgeführt. Dabei werden die Genotypen auf Ertrag und Qualität untersucht. Aus 350 doppelhaploiden Linien von sechs Landrassen wurden 125 Linien ausgewählt und Testkreuzungen vorgenommen.
Die Forscher suchen nach genetischen Bausteinen, die mit den gewünschten Eigenschaften korrelieren. Da Mais etwa 40.000 Gene besitzt und 95 Prozent der Merkmale von mehreren Genen bestimmt werden, ist die Kenntnis dieser genetischen Muster entscheidend. Sie ermöglicht es, vielversprechende Kandidaten frühzeitig zu identifizieren und die Züchtung zu beschleunigen. In sogenannten Trainings-Populationen prüfen die KWS SAAT SE, die TUM und die Universität Hohenheim rund 1.000 doppelhaploide Linien auf Kältetoleranz.
Obwohl die Landrassen bei den meisten agronomisch wichtigen Merkmalen durchschnittlich 25 bis 30 Prozent schlechter abschneiden als moderner Hybridmais, erreichen einige Linien das Niveau des Elite-Materials. Prof. Dr. Melchinger fasst zusammen, dass diese genetische Vielfalt nun für die Züchtung erschlossen ist, was einen wichtigen Schritt darstellt, um Mais an die Herausforderungen des Klimawandels anzupassen.
Projekt MAZE
Das Projekt „Verbesserung quantitativer Merkmale durch Erschließung genomischer und funktionaler Diversität aus Mais-Landrassen (MAZE)“ lief vom 1. Oktober 2016 bis zum 31. März 2019. Es wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über den Projektträger Jülich mit 365.195 Euro gefördert. Die Koordination des Gesamtprojekts oblag Prof. Dr. Chris Carolin Schön von der Technischen Universität München (TUM). Weitere Projektpartner waren die Universitäten Bonn, Würzburg, Göttingen und Düsseldorf, das Helmholtz Zentrum München, das Forschungszentrum Jülich sowie die KWS SAAT SE.