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Vom wilden Süßgras zum modernen Weizen

Weizen (Triticum spec.) ist nicht nur in Deutschland das wichtigste Getreide. Betrachtet man die Anbaufläche, so steht er weltweit an der Spitze. Doch Weizen ist nicht gleich Weizen.

Bemerkenswert ist vor allem das Genom des Weichweizens, das extrem groß und komplex ist: Mit etwa 17 Mrd. Basenpaaren ist es über fünfmal so groß wie das des Menschen. Das Weizengenom besteht zudem aus drei diploiden Vorgängergenomen (A, B, D) und sechs Chromosomensätzen mit jeweils sieben Chromosomen (2n = 6x = 42 Chromosomen). Das machte auch seine Sequenzierung enorm schwierig.

Nichtsdestotrotz gelang es dem International Wheat Genome Sequencing Consortium (IWGSC) nach 13 Jahre langer Arbeit, eine qualitativ hochwertige Referenz-Genomsequenz des Weizens vorzulegen, die vor wenigen Tagen erst im Fachmagazin „Science“ veröffentlicht wurde. Doch wie entstand das Riesengenom?

Weizen geht auf das diploide (zwei Chromosomensätze; Genom AA) Getreide Einkorn zurück – ein Süßgras, dass schon vor über 10.000 Jahren vom Menschen angebaut wurde. Einkorn hat sich zufällig mit einem ebenfalls diploiden Wildgras (Aegilops speltoides; Genom BB) gekreuzt. Daraus entstand der tetraploide (vier Chromosomensätze; Genom AABB) Wildemmer. Durch Züchtung entwickelte sich daraus der tetraploide Hartweizen (Triticum durum), den wir für Pasta und Co. noch heute anbauen.

Der wilde Emmer kreuzte sich wiederum mit einem anderen diploiden Wildgras (Aegilops tauschii; Genom DD). Das Ergebnis dieser Kreuzung ist der hexaploide (sechs Chromosomensätze) Dinkel. Durch weitere Züchtung ist daraus dann der hexaploide Weichweizen (Triticum aestivum; Genom AABBDD) entstanden, den wir heute als Brotweizen kennen und schätzen.

Züchtungsgeschichte und wichtige Züchtungsziele

 

Zu Beginn waren die Kreuzungen der Pflanzen untereinander rein zufällig. Die frühen Züchter wählten (selektierten) Pflanzen mit wünschenswerten Eigenschaften und vermehrten sie.

Die sogenannte Auslese- oder Selektionszüchtung wurde später abgelöst von der Kreuzungszüchtung, bei der man nun gezielt Pflanzen miteinander kreuzte. So entstanden Pflanzen, in denen positive Eigenschaften gleich mehrerer Einzelpflanzen vereint werden konnten. Dabei halfen seit der Mitte des 19. Jahrhunderts neue Erkenntnisse, wie Einzelmerkmale vererbt werden: die berühmten Mendelschen Regeln.

Später war es dann auch noch möglich, direkt ins Erbgut zu schauen. Mit der Identifikation von molekularen Markern – bekannte Genabschnitte, auf denen die gewünschten Eigenschaften verortet sind – wurden noch gezieltere Züchtungsmethoden (markergestützte Selektion) möglich.

Neben den Methoden veränderten sich im Laufe der Zeit auch die Züchtungsziele. Zunächst standen beispielsweise Merkmale im Fokus, um das Getreide besser ernten zu können. Später ging es verstärkt darum, die Erträge zu erhöhen, die Mahl- und Backeigenschaften zu verbessern und die Pflanzen widerstandsfähiger gegenüber verschiedenen biotischen und abiotischen Umweltbedingungen zu machen.

Insbesondere Weizensorten, die resistent gegen Krankheiten und Schädlinge sind, nehmen immer mehr an Bedeutung zu. Auch langanhaltende Trockenheit und hohe Temperaturen, wie sie auch in Deutschland zunehmend gemessen werden, machen dem Weizen zunehmend zu schaffen. Die Züchtung muss hier ebenfalls Antworten finden.

Die Züchter müssen dabei vorrausschauend arbeiten. Bis eine neue Sorte auf den Markt kommt, können mitunter über 20 Jahre vergehen. Zur zeitintensiven Züchtungsarbeit – immer wieder Tausende von Pflanzen heranziehen, kreuzen und analysieren – kommen regulatorische Hürden hinzu. Denn es bedarf nochmals viel Zeit, um eine neue Sorte zu prüfen und zuzulassen. Die Pflanzenzüchtung muss also bereits jetzt die Pflanzen entwickeln, die wir in ein paar Jahrzehnten auf den Äckern brauchen werden.  

Dieser Beitrag wurde erstmals auf der Plattform pflanzenforschung.de veröffentlicht. Weitere Infos unter Eine lange Züchtungsreise.