Kooperationen für neue Sorten

Weizen – fit
für die Zukunft

Kooperationen für neue Sorten - Weizen – fit für die Zukunft
Kooperationen für neue Sorten - Weizen – fit für die Zukunft
Der Weltbedarf an Weizen steigt schneller als die Produktion. Um die Entwicklung effizienterer und robusterer Sorten zu beschleunigen, kooperiert Bayer mit führenden Forschungsinstituten, um ein internationales Züchtungsnetzwerk zu knüpfen.
Schlagwort: Weizen

Rund um den Globus stehen die goldenen Ähren für Gesundheit und Wohlstand. Heute nimmt Weizen weltweit mehr Anbaufläche ein als jede andere Nutzpflanze. Neben Reis und Mais zählt das Getreide zu den drei wichtigsten Grundnahrungsmitteln. Seine Kultivierung begann sogar schon vor 3.000 Jahren auf Grundlage bestimmter Grassorten: „Im Laufe der Zeit entwickelten sich diese Gräser zu den ertragreichen Sorten, die uns heute ernähren“, sagt Steve Patterson, Global Crop Manager Cereals bei Bayer. Doch aktuelle Umweltveränderungen werden für den Weizen zunehmend problematisch.

Weltweit nimmt Weizen mehr Anbaufläche ein als jede andere wirtschaftliche Nutzpflanze. Neben Reis und Mais gehört das Getreide zu den wichtigsten Grundnahrungsmitteln.
Weltweit nimmt Weizen mehr Anbaufläche ein als jede andere wirtschaftliche Nutzpflanze. Neben Reis und Mais gehört das Getreide zu den wichtigsten Grundnahrungsmitteln.
Weltweit nimmt Weizen mehr Anbaufläche ein als jede andere wirtschaftliche Nutzpflanze. Neben Reis und Mais gehört das Getreide zu den wichtigsten Grundnahrungsmitteln.

Aufgrund seiner geografischen Verbreitung und der Anpassung als Wintergetreide, reagiert Weizen unter den Hauptnutzpflanzen auf ungünstige Wetterbedingungen am empfindlichsten. Und rund um die Welt führt die Verschiebung der Klimazonen dazu, dass das Wetter schneller und stärker schwankt, extreme Wetterverhältnisse wie Dürren und heftige Niederschläge also häufiger auftreten. „Wir stehen vor einer doppelten Herausforderung: Wir müssen erstens eine Möglichkeit finden, den spezifischen Ertrag des Weizens zu steigern und ihn zweitens so anpassungsfähig machen, dass er unter den veränderten Umweltbedingungen bestehen kann“, sagt Patterson. Einigen Klimamodellen zufolge würden die Weizenerträge bei einem globalen Temperaturanstieg von 2 °C bis zum Jahr 2050 sogar um durchschnittlich 20 Prozent sinken. Angesichts dieser Gefahren arbeitet das Weizenteam von Bayer intensiv daran, den Weizen fit für die Zukunft zu machen.

Steve Patterson

Veränderungen in der Umwelt vollziehen sich heutzutage so schnell, dass dies für die Entwicklung resistenter Sorten ein ernsthaftes Problem darstellt. 

Steve Patterson, Global Crop Manager Cereals, leitet das ­globale Forschungsnetzwerk von Bayer im Bereich Weizen und anderen Getreidesorten.

Die zehn wichtigsten Nutzpflanzen 2012 nach Anbaufläche
(in Mio. Hektar)

Was die Anbaufläche betrifft, ist Weizen mit Abstand die bedeutendste Nutzpflanze: Weltweit wird er auf etwa 25 Prozent der nutzbaren landwirtschaftlichen Flächen angebaut.

Aber die Pflanzen- und Tierwelt hatte Jahrmillionen Zeit, sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Patterson: „Was heute mit der Umwelt passiert, geschieht so schnell, dass es ein ernsthaftes Problem darstellt. Neue Sorten, die den veränderten Bedingungen gewachsen sind, haben nur extrem wenig Zeit, sich zu entwickeln.“ Es ist ein Schlüsselprozess der Natur: Jeden Tag ereignet sich ein erbitterter Kampf bei dem sich im Inneren jedes Organismus millionenfache Mutationen vollziehen. Denn Pflanzen wie Tiere sind ständig schädlichen Pilzen, Viren und weiteren Umweltfaktoren ausgesetzt. Selbst das Sonnenlicht kann die genetische Information einer Pflanze verändern. Und obwohl nur äußerst wenige Mutationen fest in den Genpool eines Organismus aufgenommen werden, liegt es langfristig einzig und allein an diesem Prozess, dass die Natur neue und robustere Arten hervorbringt. „Wenn es uns gelingt, immer widerstandsfähigere Sorten zu züchten, können wir die Produktivität erhöhen und haben eine Chance, die Herausforderungen der aktuellen Umweltveränderungen zu meistern“, so Patterson. „Wir könnten dann Anbauflächen zurück- oder sogar hinzugewinnen, die gegenwärtig nicht für den Weizenanbau geeignet sind. Langfristig stellt das die einzige Möglichkeit dar, den steigenden Bedarf an Weizen zu decken.“ Einer der Forschungsschwerpunkte der Zuchteinrichtung von Bayer in Gatersleben besteht deshalb darin, herkömmliche Weizensorten, die in der heutigen Landwirtschaft nicht mehr eingesetzt werden, mit modernen, ertragreichen Sorten zu kreuzen. „Einige der alten Traditionssorten haben Eigenschaften, die sie widerstandsfähiger machen“, erklärt Patterson.

Pflanzenentwicklung beschleunigen

Gatersleben ist jedoch nur eine von sieben Züchtungseinrichtungen, die am Bayer-Forschungsprogramm zur Optimierung von Weizen beteiligt sind. Seit dem Start des Bayer-Zuchtprogramms vor nur zwei Jahren wurden bereits Feld- und Ertragsprüfungen mit fast 400.000 Test-Anbaureihen und ca. 8.000 Genotypen durchgeführt. Doch selbst unter idealen Wachstumsbedingungen dauert die Entwicklung einer neuen Sorte acht bis zwölf Jahre – genauso lang wie die eines neuen Medikaments. Darum setzen die Spezialisten bei Bayer auf eine mehrgleisige Strategie: Sie beschreiten unterschiedliche Wege, um neue Sorten mit besseren Eigenschaften zu züchten.

„In den vergangenen zehn Jahren haben sich unsere Möglichkeiten, den genetischen Aufbau von Weizen zu verstehen und zu verändern dramatisch erweitert“, sagt Patterson. „Wir können heute Dinge tun, die früher nicht möglich waren.“ Neben den herkömmlichen Zuchtmethoden, die auf erb­liche Eigenschaften setzen, arbeitet Bayer gemeinsam mit führenden Forschungseinrichtungen in aller Welt auch an Lösungen mit und ohne Genveränderungen. Die jüngste dieser Kooperationen besteht mit dem Biotechnologieunternehmen KeyGene in den Niederlanden.

„Wir haben ein äußerst effizientes Verfahren entwickelt, um die Entwicklung von Pflanzeneigenschaften zu beschleunigen“, erklärt Edwin van der ­Vossen, Vice President Field Crops bei KeyGene in Wageningen. In der beispiellosen Forschungs­pipeline von KeyGene werden zuerst die Gene identifiziert, die mit neuen Eigenschaften wie Dürre­toleranz oder Herbizidresistenz in Verbindung stehen. Im nächsten Schritt werden sogenannte punktuelle Mutationen ausgelöst. Damit verändert KeyGene bestimmte Gene, um noch nutzvollere Sorten hervorzubringen. Da Weizen aber über mehrere Kopien seines Genoms verfügt, ist dieser Vorgang nicht ganz einfach. Denn in der Regel müssen mehrere Genomkopien mutiert sein. „Wir können allerdings innerhalb kürzester Zeit Tausende Gensequenzen durchsuchen, um festzustellen, ob eine Mutation tatsächlich in allen Kopien des ausgewählten Zielgenoms stattgefunden hat“, erklärt van der Vossen. Aus dem entstandenen Material züchten die Wissenschaftler in Wageningen im nächsten Schritt Pflanzen, die sie mit einer digitalen Phänotypisierungsanlage untersuchen. Dabei wird jede Pflanze automatisch in eine große Kammer gefahren und darin von allen Seiten fotografiert. Die Anlage erfasst Parameter wie die Oberflächenbeschaffenheit der Blätter und die Dichte der Wurzeln. Sie wässert die Pflanzen sogar automatisch und versorgt sie mit Nährstoffen. „Es ist die größte Phänotypisierungsanlage in Europa. Mit ihrer Hilfe können wir bestimmen, bei welchen Pflanzen sich die neuen Eigenschaften am besten durchgesetzt haben“, sagt van der Vossen.

Neue Sorten in greifbarer Nähe

Sobald die Forscher bei KeyGene die Pflanzen mit den gewünschten Mutationen ermitteln, schicken sie John Jacobs und seinen Kollegen im Bayer Innovation Center in Gent Päckchen mit Saatgut, das später in Gewächshäusern ausgesät und aufgezogen wird. „Wir führen eine Anzahl von Kreuzungen durch, um etwaige Nebenmutationen zu eliminieren und so eine neue, reine Sorte zu erhalten, die nur die gewünschten Mutationen aufweist. Diese werten wir dann in Feldversuchen aus“, erklärt Jacobs.

Weizenpflanzen im Gewächshaus von KeyGene in Wageningen.
Weizenpflanzen im Gewächshaus von KeyGene in Wageningen.
Weizenpflanzen im Gewächshaus von KeyGene in Wageningen.
Die Wissenschaftler bei Bayer arbeiten mit verschiedenen Forschungseinrichtungen weltweit an der Entwicklung neuer Sorten zusammen, darunter auch KeyGene in den Niederlanden und CSIRO in Australien.

Aus der Zusammenarbeit mit KeyGene ist bereits eine ganze Reihe von neuen Pflanzen entstanden und die weiteren Erfolgsaussichten sind groß. Denn das Verfahren, das ohne Genveränderungen auskommt, hat schon in der Vergangenheit zu bedeutenden landwirtschaftlichen Durchbrüchen geführt: „Die Weizensorten, die in den 1960ern zur Grünen Revolution geführt haben, wurden auf ähnliche Weise entwickelt“, sagt Jacobs. So gab es zum Beispiel bei den neu eingeführten Sorten mit hoher Stickstoffaufnahme das Problem, dass sie kurz vor der Ernte umknickten, weil die Ähren zu schwer wurden. Die Forscher aktivierten darum ein Gen, das Kleinwuchs verursachte und die Stängel kürzer, stärker und widerstandsfähiger machte.

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