Fokus auf die Vergangenheit für zukünftige Nutzpflanzen
Die Anforderungen an zukünftige Nutzpflanzen sind hoch: Sie sollen auf kargen Böden gedeihen, wenig Wasser benötigen, hohe Erträge liefern und resistent gegen Krankheiten und Schädlinge sein. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, richtet die Universität Hohenheim ihren Fokus auf die Vergangenheit.
Viele der gewünschten züchterischen Eigenschaften sind bereits in den Vorläufern heutiger Reis-, Mais- und Getreidesorten vorhanden. Diese müssen lediglich wiederentdeckt werden. Prof. Dr. Karl Schmid, erster Inhaber der F. W. Schnell-Stiftungsprofessur für Nutzpflanzenbiodiversität und Züchtungsinformatik, startete am 1. Dezember ein europaweit einzigartiges Projekt. Ziel ist es, gigantische Datenbanken mit Genanalysen und Pflanzenbeschreibungen nach verborgenen Schätzen zu durchforsten.
Die moderne Pflanzenzüchtung spielt eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung neuer Sorten mit geringen Ansprüchen, hoher Widerstandsfähigkeit und hohem Ertrag. Die Rahmenbedingungen für die landwirtschaftliche Produktion ändern sich durch Bevölkerungswachstum, Klimawandel, begrenzte Ressourcen und Ernteverluste durch Krankheiten und Schädlinge erheblich.
Als Populationsgenetiker und Inhaber der Stiftungsprofessur erstellt und analysiert Prof. Dr. Karl Schmid umfassende Datenbanken. Diese enthalten Eigenschaften und entschlüsselte Genome von modernen Nutzpflanzen, alten Landrassen und ihren wilden Vorfahren.
Unser Ziel ist es, Pflanzen mit vorteilhaften Fähigkeiten wiederzuentdecken und gleichzeitig die Erträge der heutigen Elite-Sorten zu halten.
Center of Excellence und Beitrag zur Zukunftssicherung
Philip von dem Bussche, Vorstandssprecher der KWS SAAT AG, die den Stiftungslehrstuhl zur Hälfte finanziert, äußerte sich zuversichtlich:
Wir sind davon überzeugt, dass Prof. Dr. Karl Schmid der Züchtungsforschung neue Impulse geben und damit die deutsche Pflanzenzüchtung umfassend mitprägen wird.
Der Minister für Ernährung und Ländlichen Raum Baden-Württemberg, Peter Hauk, gratulierte den Kooperationspartnern zu dieser Zusammenarbeit. Er bezeichnete sie als einen wesentlichen Beitrag zur Zukunftssicherung der weltweiten Ernährung und zur wirtschaftlichen Standortsicherung Deutschlands und Baden-Württembergs.
Prof. Dr. Hans-Peter Liebig, Rektor der Universität Hohenheim, erwartet ein internationales Center of Excellence. Die Universität kofinanziert den neuen Forschungsschwerpunkt. Auch der Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V. beteiligt sich an den Kosten und betreut die Stiftungsprofessur inhaltlich und organisatorisch.
Potenzial für neue Sorten
Es gibt zahlreiche Ansätze für neue Kreuzungen. Prof. Dr. Schmid berichtet, dass bei Mais und Getreide hunderte bis tausende alte Landrassen und Wildsorten bekannt sind. Die Kreuzung dieser Sorten bietet eine enorme Vielfalt an neuen Möglichkeiten. Um die am besten geeigneten Sorten für die Pflanzenzucht zu identifizieren, werden genetische Analysen und Computer eingesetzt. Ziel ist es, Varianten mit besonderer genetischer Vielfalt und gewünschten Eigenschaften zu finden.
Prof. Dr. Schmid erläutert ein Beispiel: Bei einem Gerste-Projekt wurden Wildpflanzen in Israel gesammelt, von feucht-kühlen Regionen im Norden bis zur trockenen Wüste und den salzigen Ufern des Toten Meeres. Mittels Gen-Analyse sucht der Biologe nach Mustern im Erbgut, die Pflanzen resistenter gegen Kälte, genügsamer im Wasserbedarf oder toleranter gegenüber salzigen Böden machen. Dabei kommen Methoden der Populationsgenetik und Evolutionsbiologie zum Einsatz, um die Stammbäume einzelner Genabschnitte von der wilden Vorläuferart bis zur modernen Zuchtlinie nachzuzeichnen.
Durch klassische Kreuzung überprüfen wir dann an den Nachkommen, ob unser Verdacht stimmt und wir die gewünschte Eigenschaft wirklich am vermuteten Muster in den Genen ablesen können.
Suche im Stammbaum heutiger Sorten
Die zukünftige Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Schmid will durch den Gen-Vergleich verschiedener Generationen herausfinden, welche Gene in welchem Anpassungsstadium eine Rolle spielten. Der Stiftungsprofessor illustriert den Ansatz:
Bei der frühen Domestikation waren Gene wichtig, die dafür sorgten, dass die Samen am Stengel bleiben. Bei späteren Generationen lässt sich zum Beispiel die gemeinsame Evolution von Schädlingen und Pflanzenresistenzen ablesen. Später ging es vor allem um ertragsreicheren Variationen.
Ziel ist es, Beziehungen zwischen genetischen Mustern, der Pflanzenumwelt und ihren Merkmalen gezielt zu erkennen. Prof. Dr. Schmid weist darauf hin, dass Pflanzen ein Genom besitzen, das mindestens so groß wie das des Menschen ist, teilweise sogar größer.
In diesem Genom suchen wir die Nadel im Heuhaufen: Nur ganz wenige Gene sind schließlich für die Anpassung an die Umwelt verantwortlich - und diese wollen wir gezielt herausfischen.
Sind die entsprechenden Gene identifiziert, können die vielversprechendsten Elternpflanzen für die Neuzüchtung moderner Sorten ausgewählt werden. Eine gezieltere Kreuzung kann die Züchtung erheblich beschleunigen.
Bedarf an Spezialisten
Prof. Dr. Schmid betreibt derzeit viel Grundlagenforschung und Methodenentwicklung. Er sieht die Zeit für komplexere Züchtungsansätze gekommen:
Landwirtschaftlicher Forschung ist in den vergangenen Jahren wenig Beachtung geschenkt worden. Doch Nahrungs- und Energiekrise, Bevölkerungswachstum und Klimawandel haben die Aufmerksamkeit der Welt wieder stärker auf die Ernährungssicherung gelenkt.
Genomische Forschung und Bioinformatik werden die Züchtung nicht nur revolutionieren, sondern bald zum Standard gehören. Dies biete jungen Menschen exzellente Jobchancen.
Weltweit werden Züchter händeringend gesucht. Für unseren Züchtungs-Nachwuchs ist das eine tolle Motivation: eine zukunftssichere Perspektive zu haben und gleichzeitig etwas Wichtiges für die Gesellschaft zu tun.
Kooperation von Universität Hohenheim und KWS SAAT AG
Die KWS SAAT AG als Stifter der Professur teilt diese Einschätzung. Philip von dem Bussche von der KWS bekräftigt:
Die Entwicklung von Ideen und Methoden, wie bisher ungenutzte genetische Potentiale evaluiert und in wertvolle Ressourcen für die moderne Pflanzenzüchtung verwandelt werden können, und die Weitergabe dieses Wissens an die Züchter von morgen - diese Erwartung setzen wir in Prof. Dr. Schmid. Für uns als Pflanzenzüchtungsunternehmen war und ist die Kooperation mit dem Forschungs- und Lehrbereich der Universität essentiell, sowohl bei der Ausbildung von Nachwuchswissenschaftlern als auch in gemeinschaftlichen Forschungsprogrammen.
Minister Hauk gratulierte der Universität Hohenheim zu dieser Kooperation, die die international führende Stellung der Universität im Bereich der Pflanzenzüchtung und ihr hohes Ansehen in der Züchtungswirtschaft unterstreiche. Er betonte, dass pflanzengenetische Ressourcen integraler Bestandteil einer nachhaltigen Pflanzenzüchtung sind. Die züchterische Nutzbarmachung der Biodiversität der Arten und Gene sei thematischer Schwerpunkt der Stiftungsprofessur. Er erhoffe sich die erfolgreiche Bearbeitung neuer Zuchtziele für eine nachhaltige Sicherung der Ernährungs- und natürlichen Rohstoffbasis. Diese Kooperation leiste einen wesentlichen Beitrag zur Zukunftssicherung der weltweiten Ernährung und zur wirtschaftlichen Standortsicherung Deutschlands und Baden-Württembergs.
Prof. Dr. Hans-Peter Liebig, Rektor der Universität Hohenheim, bezeichnet die neue Stiftungsprofessur als wichtigen strategischen Baustein. Er hebt hervor, dass die sogenannte Hohenheimer Schule in Züchtungskreisen traditionell einen klangvollen Namen hat. Mit dieser Kooperation werde eine neue Forschungsrichtung eröffnet, die bislang einmalig in Europa ist.
Die Forschungsarbeit sei für die gesamten Agrarwissenschaften der Universität Hohenheim essentiell. Hohenheim sei deutschlandweit die einzige Universität, die den Themenkomplex Ernährung und Gesundheit von der Nahrungsmittelproduktion über Verarbeitung bis zu medizinischen Auswirkungen bearbeitet. Mit neuen Studiengängen und der Forschungsanlage Biogas habe sich die Universität zudem im Themenkomplex Bioenergie und nachwachsende Rohstoffe etabliert. Die Pflanzenzüchtung spiele in beiden Bereichen – Ernährung und Bioenergie – eine zentrale Rolle.