Der Heterosis-Effekt: Ein Schlüssel zur Effizienzsteigerung
Der Heterosis-Effekt beschreibt das Phänomen, dass Nachkommen aus der Kreuzung zweier durch Inzucht geschwächter Maislinien vitaler, ertragreicher und gesünder sind als ihre Eltern. Die genauen Mechanismen dieses Effekts sind noch nicht vollständig verstanden. Prof. Dr. Albrecht E. Melchinger, Leiter des Fachgebiets Angewandte Genetik und Pflanzenzüchtung an der Universität Hohenheim, weist darauf hin, dass Tausende von Genen an diesem Phänomen beteiligt sind.
Um die Komplexität zu reduzieren, konzentrieren sich die Forscher auf den Stoffwechsel der Maispflanze. Der Stoffwechsel umfasst Hunderte von Komponenten, sogenannte Metaboliten, darunter Aminosäuren, organische Säuren und Zucker. Christian Riedelsheimer, Doktorand im Projekt, erklärt, dass eine höhere Zuckerkonzentration in den Blättern der Nachkommen im Vergleich zu den Elternpflanzen ein Indikator für den Heterosis-Effekt auf Stoffwechselebene sein könnte. Es wird angenommen, dass auf dieser Ebene weniger Gene beteiligt sind, was die Entschlüsselung des Effekts erleichtern könnte.
Berechenbarer Züchtungserfolg durch Genomforschung
Der Heterosis-Effekt ist für die Züchtung von Hybridmais, der sowohl als Futterpflanze als auch für die menschliche Ernährung von Bedeutung ist, unerlässlich. Die Kombinationsmöglichkeiten bei der Kreuzung von Maispflanzen sind aufgrund ihrer Zweigeschlechtlichkeit und der Vielzahl an Linien sehr umfangreich. Die Genomforschung trägt dazu bei, diesen Prozess zu optimieren, indem sie genetische Marker identifiziert.
Diese Marker sind nachverfolgbare Stellen in der DNA, die präzisere Vorhersagen über die Eigenschaften der Nachkommen ermöglichen. Prof. Dr. Melchinger betont, dass die Kenntnis der elterlichen DNA durch diese Marker genauere Aussagen über die potenziellen Nachkommen erlaubt. Die Verarbeitung der großen Datenmengen wird durch neue statistische Verfahren ermöglicht. Dies erlaubt eine statistische Vorauswahl am Schreibtisch, wodurch nicht mehr alle potenziellen Kreuzungen auf Versuchsfeldern angebaut werden müssen, um deren Eigenschaften zu bewerten. Ziel ist es, die Züchtungsdauer für neue Hybridsorten von fünf auf drei Jahre zu verkürzen.
Forschungsprojekt OPTIMAL: Partner und Förderung
Das Forschungsprojekt mit dem Kürzel OPTIMAL, das für "Genetic and Biomarker-based Predictive Breeding of Maize Cultivars" steht, ist eine Fortsetzung des Projekts GABI-ENERGY. Es begann im März 2012 und ist auf drei Jahre angelegt. Neben der Universität Hohenheim sind Prof. Dr. Thomas Altmann vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben sowie Prof. Dr. Mark Stitt und Prof. Dr. Lothar Willmitzer vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam-Golm beteiligt. Die Züchtungsfirmen KWS Saat AG und Limagrain wenden die entwickelten Methoden in der Praxis an und bewerten diese. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit rund 527.000 Euro gefördert.