Vielfalt des Erbguts von Reis entschlüsselt

Forschungsprojekt soll Entwicklung neuer Reissorten beschleunigen

29. Juli 2009

In einer Erbgutanalyse haben Wissenschaftler erstmals Veränderungen in der Erbsubstanz DNA untersucht, die für die unterschiedlichen Eigenschaften der Reispflanzen verantwortlich sein können. Einem internationalen Forscherteam, darunter Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie und dem Friedrich-Miescher-Laboratorium der Max-Planck-Gesellschaft in Tübingen, ist es gelungen, eine Datenbank mit Reisvarianten zu erstellen und damit die Züchtungsgeschichte der wichtigsten Sorten zu rekonstruieren. Diese Erkenntnisse sollen dazu beitragen, die Vielfalt der existierenden Reissorten zu erhalten und die Entwicklung neuer Reissorten erleichtern. (PNAS, 13. Juli 2009)

Vom Tiefland bis ins Gebirge - das Erbgut von Reispflanzen spiegelt ihre bevorzugten Umweltbedingungen wider: Reiskörner von 20 Reissorten (unten: die Sorte Nipponbare (gemäßigte japonica), oben: IR 64-21 (indica)).

In der bislang größten Untersuchung dieser Art an einer Kulturpflanze des Menschen, dem so genannten OryzaSNP-Projekt, durchsuchten die Forscher das Erbgut von 20 Reissorten auf DNA-Abschnitte, in denen sich die einzelnen Sorten voneinander unterscheiden. Etwa 80% des relevanten Reis-Erbguts wurden dabei erfasst. "Die OryzaSNP-Datenbank kann man sich wie eine Karte der Änderungen im Erbgut dieser Reissorten vorstellen. Damit wissen wir jetzt, welche Variationen in welcher Reissorte auftreten. Außerdem können wir gezielt die Auswirkungen bestimmter Varianten untersuchen. Dadurch sie wird es künftig einfacher werden, neue Reissorten zu züchten", erklärt Gunnar Rätsch vom Friedrich-Miescher-Laboratorium.

Die Wissenschaftler haben annährend 160.000 Variationen entdeckt, die verschiedene Stoffwechselvorgänge in den Zellen beeinflussen können, z. B. die Produktion von Zellulose oder dem Zucker Amylose. Aus der Verteilung können die Wissenschaftler schließen, aus welchen Sorten die heutigen Reispflanzen gezüchtet wurden. So haben die ersten Reiszüchter offenbar Reispflanzen aus Indien und Afrika mit anderen Sorten gekreuzt, um sie so widerstandsfähiger gegen Wassermangel und hohen Salzgehalt im Boden zu machen. Zwar wirken sich nicht alle der entdeckten Variationen auf die unterschiedlichen Eigenschaften der Reissorten aus, aber viele sind typisch für bestimmte Varianten. Beispielsweise zeichnet sich eine chinesische Reissorte durch Genveränderungen aus, die unter anderem die Wuchshöhe, Blattfläche und den Gehalt an Amylose beeinflussen.

Neue Reissorten gegen Nahrungsmittelknappheit

Mit der neuen "Variationskarte" können Forscher künftig auch schneller die Gene identifizieren, die für die Züchtung neuer Sorten wichtig sind. "Ohne die Entwicklung ertragreicherer Reissorten wird es künftig kaum möglich sein, die immer weiter wachsende Zahl an Menschen auf der Erde ausreichend zu ernähren. Da gleichzeitig die Anbaufläche in vielen Teilen der Erde abnehmen wird, müssen wir den Ertrag pro Fläche steigern. Deshalb brauchen wir neue Reissorten, die beispielsweise schneller wachsen und mehr Nährstoffe produzieren", sagt Detlef Weigel vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie. Auch der Klimawandel macht die Entwicklung neuer Sorten notwendig, die an die sich verändernden Umweltbedingungen angepasst sind.

Reis ist eine der wichtigsten Kulturpflanzen: Die Hälfte der Weltbevölkerung hängt von einer Versorgung mit Reis ab, er liefert rund 20% der weltweit aufgenommenen Kalorien. Allein in den letzten 35 Jahren hat sich der Bedarf an Reis verdoppelt. Züchtungsexperimente haben inzwischen über 100.000 unterschiedliche Reissorten hervorgebracht, die sich zum Teil erheblich in ihren Ansprüchen an Klima, Boden und Bewässerung unterscheiden. Nur wenige von ihnen werden allerdings tatsächlich angebaut oder zur Entwicklung neuer Varianten genutzt. Die auf der Erde angebauten Reissorten wachsen in sumpfigen Niederungen bis hinauf in bergige Regionen, sie gedeihen in tropischen, subtropischen oder gemäßigten Gebieten und vertragen unterschiedliche Grade an Trockenheit. Selbst in ihren Kocheigenschaften und Nährstoffgehalten unterscheiden sich die verschiedenen Züchtungen.

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