Höhere Produktivität von Nutzpflanzen durch Entdeckung molekularer Pfade und Wissensaustausch
Ernährungssicherheit hat auf der ganzen Welt höchste Priorität. Angesichts des Bevölkerungswachstums und der durch den Klimawandel immer geringeren Verfügbarkeit von Ackerland steht die Menschheit in diesem Jahrhundert vor allem vor der Herausforderung, die Nahrungsmittelerzeugung entsprechend zu steigern. Im EU-finanzierten Projekt ExpoSEED ging es daher um verschiedene Ansätze für die Modellierung und den Anbau von Arten, um Möglichkeiten zur Ertragssteigerung bei Nutzpflanzen zu finden. „Wir haben bei entfernt verwandten Arten zentrale Faktoren gefunden, die die Ausbildung des Blütenstands und die Samenentwicklung steuern, um für Nährstoffsicherheit zu sorgen“, skizziert Projektkoordinatorin Raffaella Battaglia. Am Projekt beteiligt war ein internationales und sektorenübergreifendes Konsortium von neun Partnern aus Argentinien, Australien, Deutschland, Italien, Japan, Kolumbien, den Niederlanden, Mexiko und Spanien. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Forschung und der Saatgutbranche arbeiteten gemeinsam an verschiedenen Pflanzenarten. „Dazu gehörten Modellarten [A. Thaliana], Getreide wie Reis, Gerste, Brotweizen und Hartweizen sowie Mohn-, Tomaten- und Rötegewächse“, erklärt Battaglia.
Fortschritt durch Zusammenarbeit
ExpoSEED nutzte diese gebündelte Expertise, um Wissen über einzelne Arten auszutauschen und die Entdeckung von weiteren Genfunktionen voranzutreiben. Battaglia zufolge war genau das „ein zentraler Aspekt des Projekts. Bei Arten mit genetischer Redundanz und wenigen zur Verfügung stehenden molekularbiologischen Instrumenten lassen sich normalerweise nur schwer die Gene identifizieren, die man für eine Ertragssteigerung manipulieren könnte. Jetzt wird aber die Entdeckung genau dieser Genfunktionen schneller möglich sein.“ Dank der Zusammenarbeit der Partner konnte ExpoSEED unter anderem einen umfassenderen Überblick über die molekulare Steuerung der Frucht- und Samenbildung liefern. „Es war immens wichtig, dass wir die molekularen Zentren gefunden haben, in denen verschiedene Pfade zusammenlaufen. Denn nur so wird klar, was manipuliert werden kann, um den Ertrag zu steigern und die nötigen Kompromisse zwischen den Ertragskomponenten möglichst klein zu halten“, so Battaglia. Anhand der Untersuchung von A. thaliana ergaben sich detaillierte Erkenntnisse über die molekularen Netzwerke, die die Fruchtblattbildung, Entwicklung der Samenanlage, Fruchtgröße und Samenproduktion steuern. „Wir konnten den interessanten Vorgang klären, wie sich die Schlüsselgene für Fruchtblattdifferenzierung und Hormonstoffwechsel gegenseitig beeinflussen“, hebt Battaglia hervor. Außerdem betrachteten die Projektpartner das Thema auch aus evolutionärer Perspektive und konnten so die molekularen Netzwerke äußerst genau bestimmen, die bei Mohn-, Tomaten- und Rötegewächsen für die Blütenbildung verantwortlich sind.
Vielfältiger Nutzen
ExpoSEEED hat nicht nur seine Ergebnisse in führenden wissenschaftlich begutachteten Fachzeitschriften veröffentlicht, sondern auch eine erfolgreiche Kooperation von Wissenschaft und Industrie ins Leben gerufen. „So ein Netzwerk aufzubauen, in dem Erkenntnisse von einer Modellart wie A. thaliana diskutiert und an anderen Nutzpflanzen begutachtet werden, war eine spannende Aufgabe. Jetzt steht die Pflanzenwissenschaft vor der Herausforderung, sich noch tiefer in die Details der Genfunktionen vorzuarbeiten, damit die Erfolgskurve nicht stagniert und die Ertragssteigerung ausgebremst wird“, meint Battaglia. Das Projekt war eine Initiative im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen zum Personalaustausch für Forschung und Innovation (MSCA-RISE). Erfahrene Forschende wie Nachwuchsforschende bekamen hier gleichermaßen die Gelegenheit, in erstklassigen Laboren zu arbeiten, ihre Fähigkeiten zu erweitern und die gewonnenen Erkenntnisse in ihre eigene Einrichtung mitzunehmen, während sie gleichzeitig ihre berufliche Laufbahn voranbringen konnten. Auch die breitere Forschungsgemeinschaft wird von ExpoSEED profitieren können, da wissenschaftliche Erkenntnisse und neue Hypothesen vorliegen, die gerade geprüft werden. „Langfristig ist der in ExpoSEED erstellte Wissenskatalog ein großer Schritt in Richtung Ernährungssicherheit“, so Battaglia abschließend.
Schlüsselbegriffe
ExpoSEED, Samen, Saatgut, Gen, Getreide, Ernährungssicherheit, molekulare Netzwerke, Arabidopsis thaliana, Pflanzenwissenschaft
