Schwedische Anpassungsstrategien

25. Juni 2013, 17:16
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Pflanzenforschung boomt, vor allem in Ländern wie China und Indien - Die Hoffnung besteht, mit genetisch optimierten Pflanzen den Hunger zu bekämpfen

Laut Statistiken verschiebt sich der Schwerpunkt der Wissenschaftswelt zusehends Richtung Osten. Nationen wie Indien und China sind stark im Kommen. Die Zahl von Fachpublikationen aus diesem Raum wächst exponentiell, in manchen Bereichen sind die beiden bevölkerungsreichsten Länder der Welt bereits auf Tuchfühlung mit der Weltspitze.

Etwa in der Pflanzenforschung, dem Arbeitsfeld des Genetikers Magnus Nordborg. Der Direktor des Gregor-Mendels-Instituts sagt im Gespräch mit dem Standard: "China hat letztes Jahr 20-mal so viel Geld in die Pflanzenforschung investiert wie die USA. Ich war kürzlich in Schanghai, wo soeben ein riesiges Forschungszentrum entsteht. Allein dort werden zurzeit hunderte Gruppenleiter und tausende Wissenschafter gesucht. Die Chinesen wollen die Nummer eins der Pflanzenzucht werden."

Dahinter stehen zwei Motive. Einerseits will China nicht mehr von großen Saatgutkonzernen wie Monsanto und DuPont abhängig sein. Zum Zweiten spielt dieses Forschungsfeld auch im politischen Kalkül eine wichtige Rolle. Mehr noch als etwa die Krebsforschung, wo China noch weit von der Produktivität der Topnationen entfernt ist. "Wenn jemand an Krebs stirbt, ist das zweifelsohne tragisch. Aber wenn die Leute hungern, dann gibt es in der Bevölkerung Aufstände. Krebs stürzt keine Regierungen, Hunger schon", sagt Nordborg.

Eine aktuelle Studie in der Fachzeitschrift Plos One zeigt, dass auch in anderen Ländern durchaus Handlungsbedarf besteht: Im Jahr 2050 könnte die Welternährung mit Mais, Reis, Weizen und Sojabohnen ans Limit geraten, sofern sich die Menschheit weiterhin vermehrt wie bisher. Es sei denn, die Biotechnologie führt zu deutlich höheren Erträgen.

Für entsprechende Züchtungen müsste die Forschung allerdings noch Grundlegendes klären: Welche Gene sind für Trocken- und Kältetoleranz, für Samenwachstum und andere erwünschte Eigenschaften verantwortlich? Welche Variationen dieser Gene gibt es in der Natur? Schon Darwin wusste: Sowohl die natürliche als auch die künstliche Zuchtwahl kann nur dort ansetzen, wo es Variation gibt. Selbst bei der Ackerschmalwand, der genetischen Modellpflanze Nummer eins, sind diese Fragen noch nicht hinreichend beantwortet.

Das Erbgut von Arabidopsis thaliana, wie die Ackerschmalwand von Botanikern genannt wird, wurde zwar bereits 2001 sequenziert. Gleichwohl nur jenes von aus Deutschland stammenden Pflanzen, die in den 1950er- Jahren in die USA importiert wurden. Die Ackerschmalwand wächst auf der gesamten nördlichen Hemisphäre, von Marokko bis zu den Kapverdischen Inseln, an schwedischen Stränden ebenso wie auf 3000 Meter Höhe im Himalaya.

Daher liegt die Vermutung nahe, dass es geografische Anpassungen der unscheinbaren, aber augenscheinlich erfolgreichen Pflanze geben könnte. Wie Nordborg herausgefunden hat, ist die genetische Vielfalt von Arabidopsis in der Tat beträchtlich. "Wir haben das Erbgut von 200 Pflanzenlinien aus Schweden sequenziert und entdeckt, dass die Genomgröße im Vergleich zu Pflanzen anderer Herkunft um bis zu 15 Prozent schwankt."

Wie Nordborg in der aktuellen Ausgabe von Nature Genetics schreibt, besitzen die schwedischen Pflanzen zum Beispiel jede Menge Extrakopien sogenannter ribosomaler DNA. Ribosomen sind jene Organellen, mit denen Zellen Proteine herstellen - was zu der Frage führt: Wozu hat die schwedische Population diese zusätzlichen Gene? Natürlich könnte es Zufall sein, meint Nordborg. Doch seine Intuition sage ihm, dass etwas anderes dahintersteckt.

Vielfache Kopien ribosomaler DNA kennt man bereits von einem anderen Modellorganismus, dem Krallenfrosch Xenopus laevis. Dieser benötigt sie für die Entwicklung seiner Eizellen. Also dort, wo das Wachstum rasch gehen muss, wo in kurzer Zeit viele Proteine benötigt werden. Durchaus möglich, dass die Ackerschmalwand aus dem Norden eine ähnliche Strategie bei der Entwicklung ihrer Blüten oder Samen verfolgt.

Unwirtliches Klima

"Es könnte aber auch sein, dass die zusätzlichen Gene wegen der Kälte benötigt werden", sagt Nordborg. Da chemische Reaktionen bei höheren Temperaturen schneller ablaufen, könnten die Extragene eine Anpassung an den zu trägen Stoffwechsel im unwirtlichen Klima Schwedens sein. Welche Hypothese zutrifft, will Nordborg nun durch Tests in Klimakammern herausfinden.

"Die Ackerschmalwand ist schwächlich und wenig durchsetzungsfreudig gegenüber Konkurrenten", sagt der Pflanzengenetiker. "Aber sie wächst schnell und ist extrem genügsam." Steile Berghänge und trockene Böden sind das natürliche Habitat der kleinen Pionierpflanze. Was nicht bedeutet, dass man sie nicht auch in der Stadt antreffen könnte. Dort siedelt sie sich zum Beispiel an Straßenrändern und zwischen Pflastersteinen an.

Zu überprüfen ist das etwa am Michaelerplatz im ersten Wiener Gemeindebezirk: In der dort befindlichen römischen Ausgrabungsstätte hat sich kürzlich eine kleine Population von Arabidopsis thaliana angesiedelt. (Robert Czepel, DER STANDARD, 26.6.2013)

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    Unscheinbar, schwächlich und wenig durchsetzungsfreudig ist die Ackerschmalwand. Als Modell für Pflanzengenetik leistet sie umso größere Dienste. Ihr Erbgut könnte viele Rätsel lösen.

  • GMI-Direktor Magnus Nordborg.
    foto: standard/corn

    GMI-Direktor Magnus Nordborg.

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