Grasgenom liefert Hinweise zur Trockenheitstoleranz
Eine internationale Forschergruppe hat das Genom von Sorghum beschrieben, einem trockenheitstoleranten Gras, das mit Zuckerrohr und Mais verwandt ist. Die in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Ergebnisse lieferten Erkenntnisse über eine wertvolle Nahrungsmittel-, Futter- und Biokraftstoffquelle und haben wichtige Auswirkungen für die Landwirtschaft in trockenen Gebieten mit einer wachsenden Bevölkerung wie in Westafrika. Etwa 60 Millionen Tonnen Sorghum werden, vor allem in Nordostafrika und in den Trockengebieten der USA und Indiens, jährlich auf der ganzen Welt als Grundnahrungsmittel für Menschen und Vieh produziert. Es wird auch als Ausgangsstoff für Biokraftstoffe insbesondere in China angebaut. Sorghum enthält mehr Protein und weniger Fett als Mais bei einem ähnlichen Nährstoffgehalt. Süßsorghum ähnelt Zuckerrohr, aber seine Beständigkeit gegenüber Hitze und Wasser macht es zu einer attraktiven Anbaufrucht für Biokraftstoff. Sorghum nutzt den als "C4" bekannten Fotosyntheseweg, was es zum Assimilieren von mehr Kohlenstoff bei höheren Temperaturen besser geeignet macht als Pflanzen wie Reis und Weizen, die den herkömmlichen "C3-Weg" nutzen. Möglicherweise könnte das neu beschriebene Sorghumgenom den Weg für zukünftige Studien zur gezielten Neugestaltung anderer Arten bahnen, besonders für die Reispflanze, um vom C3-Weg zur C4-Fotosynthese überzugehen, die Erträge stark zu erhöhen und mehr Kohlendioxid aufzunehmen, als derzeit möglich ist. Der Studie zufolge stellt Sorghum durch sein kleines Genom ein attraktives Modell für Untersuchungen von C4-Gräsern dar. Die Forscher schafften es, ein akkurates und zusammenhängendes Bild des gesamten Sorghumgenoms zu erstellen. Am bemerkenswertesten war die Identifizierung von Genduplikationen, die in anderen Getreidearten nicht vorkommen und zur Trockenheitsresistenz von Sorghum beitragen könnten. Das kürzlich sequenzierte Sorghumgenom hat zu vergleichenden Studien mit dem Reisgenom angeregt, das vor vier Jahren sequenziert wurde. Solche Studien genetischer Grundlagenbildung zu wertvollen Merkmalen für die Landwirtschaft werden, wie erhofft wird, Wissenschaftlern die Entwicklung von Züchtungsprogrammen zur Steigerung der Ernteerträge ermöglichen. "Nun werden wir besser einschätzen können, wie viele Eigenschaften der Gräser, wie etwa Dürreresistenz, Zucker im Stängel oder Kornproduktivität, in ihren Genen verschlüsselt sind", erklärte Dr. Joachim Messing von der Rutgers University in den USA, einer der Autoren des Aufsatzes. "Diese Kenntnisse können uns horizontalen Gentransfer unter diesen Kulturpflanzenarten ermöglichen, um sie den Erfordernissen der geografischen Lage und des Klimas entsprechend anzupassen." Die Wissenschaftler verwendeten ein modifiziertes Shotgun-Sequenzierungsverfahren zum Analysieren des Sorghumgenoms. Dieses Verfahren berücksichtigt die hoch repetitive Natur großer Genome, wie Dr. Messing erklärte, der das Verfahren entwickelt hat: "Die Effizienz und Nützlichkeit dieses Verfahrens wird eine schnellere und weitaus weniger teuere Sequenzierung anderer komplexer Genome in Zukunft ermöglichen." Mit einem zusätzlichen Kommentar erläutern Dr. Takuji Sasaki und Dr. Baltazar Antonio vom Nationalen Institut für Agrobiologische Wissenschaften in Japan: "Der wahre Wert von Genominformationen liegt in der Übertragung dieser Daten in eine Verbesserung von Kulturpflanzen über verschiedene Züchtungsstrategien." Sie erklären weiter, wie das Wissen über die Gensequenz von Sorghum für andere C4-Grasarten wie Zuckerrohr und Miscanthus verwendet werden kann, die als potenzielle Quellen für die Bioäthanolerzeugung auserkoren wurden. "Natürlich ist die Information, die aus einer Pflanzengenomsequenz zu gewinnen ist, an sich nicht genug, um solche Merkmale wie photosynthetische Effizienz oder Belastungstoleranz zu steigern," schreiben Dr. Sasaki und Dr. Antonio. "Aber diese Information stellt unser stärkstes Hilfsmittel dar, um Methoden zu ergründen, mit denen die Mengen an Nahrung und Energie von Pflanzen erhöht werden können und so der Bedarf einer Welt gedeckt werden kann, in der die Bevölkerung immer weiter wächst und das Klima Schwankungen unterworfen ist."
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