Wissenschaftler brauchen Wegweiser: "Marker" helfen als Orientierungspunkte in der Pflanzenzucht.

Wie geben eigentlich Pflanzen ihre Merkmale von Generation zu Generation weiter? Diese Frage faszinierte vor etwa 150 Jahren einen österreichischen Mönch namens Gregor Mendel. Aus Neugier begann er daher im Klostergarten zu experimentieren. Mendel wollte dahinter kommen, wie Erbsen Farbe und Form von ihren Elternpflanzen erben. Er publizierte die Ergebnisse seiner bedeutenden Studie im Jahr 1866, was seither von den Biologen überall auf der Welt als die Geburtsstunde der Pflanzenzucht betrachtet wird.

Es erforderte mehrere Jahre, 28 000 Erbsenpflanzen und sehr viel Geduld, bis der Entdeckerdrang des Mönchs befriedigt war. Mendel hatte nämlich zwei Probleme: Jedes Mal, wenn er eine Erbsenpflanze mit einer anderen kreuzte, musste er das neue Pflänzchen sorgfältig pflegen und warten, bis die Erbsen reif waren. Erst dann konnte er sie ernten, untersuchen und neuerlich aussäen. Und Mendel hatte Schwierigkeiten zu entscheiden, welche der zahlreichen Nachkommen der Elternpflanzen er zur Zucht verwenden sollte.

Wahrscheinlich stellten das Warten und die schwierigen Aufgabenstellungen im klösterlichen Leben kein allzu grosses Problem dar. Doch wer weiss – vielleicht träumte schon Gregor Mendel von einer Zeit, in der seine Experimente schneller und einfacher vonstatten gehen würden …

Von Kunst und Gefühl zum wissenschaftlichen Wegweiser

Es mag überraschen, doch die Pflanzenzucht blieb eigentlich bis vor kurzem weitgehend so, wie bereits Mendel sie gekannt hatte. Noch während des Grossteils des zwanzigsten Jahrhunderts handelte es sich hierbei eher um eine Kunst, kaum um eine Wissenschaft. Trotz der hervorragenden Arbeit, die Mendel geleistet hatte, und obwohl man sich seither viel zusätzliches Wissen erworben hat, sind selbst unsere heutigen Nutzpflanzensorten noch weitgehend das Ergebnis von Talent und Anstrengungen, weniger ein Produkt wissenschaftlicher Inspiration. Geschickte Züchter setzen auf ihre instinktiven "Gefühle", die sie über Jahre entwickelt haben, um zu entscheiden, welche Elternpflanzen sich für eine Kreuzung eignen könnten und welche Sorten letztlich aus dem enormen Pflanzenangebot ausgewählt werden. Mendels Geduld blieb eine wesentliche Voraussetzung des züchterischen Erfolgs!

Erst seit nunmehr 20 Jahren profitiert die Pflanzenzucht von den neuen Erkenntnissen der Genetik, und eine der neuen Methoden kann sogar beide Probleme Mendels auf einen Schlag lösen. Man spricht hierbei von "markergestützten Selektionsverfahren" oder "marker-assisted selection".

Wie funktioniert nun der neue Ansatz? Stellen Sie sich vor, sie fahren in der Dunkelheit auf einer grossen Autobahn. Obwohl Sie nicht viel sehen, zeigen ihnen doch diverse Wegweiser, wo sich die wichtigsten Destinationen befinden – Dörfer, Kirchen, grössere Städte, Sportstadien. Diese Wegweiser sind wichtig, weil sie Ihnen sagen, dass diese möglichen Destinationen existieren, auch wenn Sie sie nicht sehen.

In gleicher Weise haben Züchter im genetischen Material der Pflanzen natürliche Wegweiser gefunden, die DNA. Diese "Marker" verweisen auf die wichtigsten Merkmale in der genetischen Ausstattung einer bestimmten Pflanze. DNA-Wegweiser sind mit modernen Analysemethoden einfach zu finden. Sie informieren den Züchter über die Gene, die jeder Pflanze ihre bestimmten Eigenschaften verleihen – hohen Ertrag oder Süsse, Krankheitsresistenz oder Wachstumsmerkmale. Marker teilen dem Züchter mit, welche Pflanzen er auswählen muss, obwohl er die wichtigen Merkmale oft gar nicht erkennt.

Markermuster lassen sich bereits im Sämlingsalter der Pflanzen feststellen. Damit verfügen die Züchter heute über ein hervorragendes Werkzeug, um viel versprechende neue Sorten auszuwählen, ohne auf Wachstum und Reife der Pflanzen warten zu müssen. Anders als Gregor Mendel können moderne Pflanzenzüchter die besten Jungpflanzen schon auswählen, sobald die Samen gekeimt haben. Sie brauchen dazu nur ein paar Quadratmeter Glashausfläche, um für die DNA-Analyse Zehntausende Sämlinge heranzuziehen. Gross angelegte Zuchtversuche im Feld und in Glashäusern sind ab sofort nur noch eingeschränkt erforderlich. Und das bedeutet eine enorme Ersparnis an Arbeit und Zeit.

Marker lüften den Heuhaufen über der Nadel

Ausserdem können die Züchter nun verschiedene Merkmalkombinationen auswählen, deren Selektion in der Vergangenheit viele Jahre in Anspruch genommen hat. Sucht man nämlich nach komplexen Kombinationen wie etwa frühe Reife, hoher Ertrag, höherer Zuckergehalt, schönere Farbe und Krankheitsresistenz, so gleicht dies der berühmt-berüchtigten oder sprichwörtlichen Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Markergestützte Selektionsverfahren blasen den "Heuhaufen" einfach weg, so dass der Züchter die "Nadel" mit den richtigen Markern nur noch aufzuheben braucht. Ausserdem können Züchter durch die Auswahl an Pflanzen ohne bestimmte, mit unerwünschten Genen assoziierte Marker nachteilige Merkmale der neu gezüchteten Sorte vermeiden.

Diese moderne Selektionsmethode ist nur dank unseres zunehmenden Wissens über genetische Funktionen möglich. Das bekannte Human Genome Projekt erweitert den medizinischen Kenntnisstand. Unser Wissen über die Pflanzengene schreitet aber ebenso rasch voran. Die Forscher von Syngenta wirkten übrigens von Anfang an bei den Fortschritten in der modernen Pflanzenwissenschaft mit, und sie liefern den Pflanzenzüchtern des Unternehmens wertvolle Informationen. Die DNA von Reis wurde in Zusammenarbeit mit Forschern von Syngenta sequenziert. Das Wissen um die Gene dieser Nutzpflanze hilft uns Marker auch für die Merkmale anderer, mit Reis eng verwandter Pflanzen wie Mais und Weizen zu finden.

Die Brücke, die diese neuen Techniken über mehr als ein Jahrhundert menschlicher Arbeit schlagen, ist immer wieder faszinierend. Die einfache Bestäubung einer Mutterpflanze – also das Aufbringen ausgewählter Pollen auf weibliche Blüten – wäre Gregor Mendel noch durchaus geläufig gewesen. Die heutige, markergestützte Selektion von Jungpflanzen aus dieser Bestäubung baut hingegen auf den neuesten genetischen Erkenntnissen auf.

Dank einer Kombination dieser beiden fortschrittlichen Methoden können die Züchter von Syngenta heute bessere Pflanzen entwickeln, die viel zur Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung beitragen und Konsumenten mehr Wahlfreiheit und gesundheitliche Vorteile bieten.