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Erbgut entschlüsselt : Kartoffeln für die Klimakrise

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Die Kartoffel ist weltweit zum Grundnahrungsmittel geworden. Auch deshalb ist die Aufgabe, widerstandsfähigere Sorten zu züchten, drängend. Bild: dpa

Die genetische Entzifferung des Kartoffel-Genoms ist endlich vollbracht. Das bringt die gezielte Züchtung völlig neuer Sorten erstmals in Reichweite. Was deutsche Forscher nun planen.

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          Das als hochkomplex geltende Genom der Kartoffel konnte nach jahrlangen Anstrengungen erstmals vollständig entschlüsselt werden. Mithilfe der Sequenzierung, versprechen die in Nature Genetics veröffentlichten Ergebnisse, sei es möglich, die Züchtung robusterer und ertragsreicher Sorten voranzutreiben. „Die Kartoffel wird weltweit immer mehr zum Bestandteil der Grundernährung“, sagt der Genetiker Korbinian Schneeberger in einer Mitteilung der Max-Planck-Gesellschaft. Kartoffeln, die produktiver und widerstandsfähiger gegen den Klimawandel seien, könnten „einen enormen Einfluss auf die weltweite Ernährungssicherheit in den kommenden Jahrzehnten haben.“

          Im Gegensatz zum Menschen, der von Vater und Mutter jeweils eine Kopie jedes Chromosoms erbt, besitzen Kartoffeln jeweils zwei. Dass alle Chromosomen somit vierfach vorliegen, macht die Genetik der Kartoffel zu einem komplexen und in den vergangenen Jahren intensiv untersuchten Fall. 2011 war es einem internationalen Team aus knapp 100 Wissenschaftlern gelungen, etwa 86 Prozent der Kartoffel-DNA zu sequenzieren. Der jetzt erzielte Erfolg basiert auf einer neuen Methodik: Schneeberger und sein Team entnahmen die DNA der Kartoffelsorte „Otava“ nicht wie üblich dem Blattgewebe, sondern Pollenzellen. Diese würden im Gegensatz zu anderen Zellen insgesamt nur zwei Chromosomenkopien enthalten, was die Rekonstruktion des Genoms erheblich erleichtert habe.

          Die Ergebnisse sind durchaus überraschend: Die genetische Variation innerhalb der vier Kopien sei deutlich größer als gedacht und höher als bei anderen untersuchten Nutzpflanzen. Kopien der Eltern-Chromosomen können in einzelnen Abschnitten variieren und tun dies im Fall der Kartoffel zu beinahe 50 Prozent. Die strukturellen Neuanordnungen seien auch im Vergleich zu wilden Kartoffelsorten auffallend hoch. Im Zuge der Kultivierung vieler Arten, schlussfolgern die Forscher, sei es zu genetischen Introgressionen gekommen: Gene wilder Kartoffelsorten sind in den Genbestand der kultivierten Sorte eingedrungen.

          Als wichtigstes Ergebnis ihrer Arbeit stellt das Team um Schneeberger die Möglichkeit dar, mit Hilfe des gewonnenen Wissens in Zukunft gezielt „optimierte“ Kartoffelsorten züchten zu können. Kartoffeln sind seit dem fast 10.000 Jahre zurückliegenden Beginn ihrer Kultivierung zu einem weltweiten Grundnahrungsmittel geworden, das jährlich in einer Menge von mehr als 370 Millionen Tonnen geerntet wird. Deutschland ist nach China, Indien, Russland, der Ukraine und den USA das sechsbedeutendste Anbauland. Das Züchten von Sorten mit höheren Erträgen sei durch die komplexe Genetik der Kartoffel bislang beinahe vollständig verhindert worden: Gentechnisch optimierte Sorten existieren zwar, können Probleme wie die hohe Anfälligkeit für Pilz- und Bakterienkrankheiten aber nicht lösen.

          Hinzu kommt mit der Klimaerwärmung nun eine weitere Bedrohung. Dass verlängerte Wachstumsphasen, Dürren und Starkregenereignisse mit anhaltenden Überschwemmungen für viele Nutzpflanzen ein Problem darstellen, ist wissenschaftlich gut nachgewiesen. Die durch Kenntnis der vollständigen DNA-Sequenz erleichterte Züchtung neuer Sorten wäre, in den Worten der Studie, ein „echter Durchbruch“.

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