Ein anspruchsvolles Züchtungsziel:
Die wassereffiziente Nutzpflanze

Wasser ist eine immer knapper werdende Ressource. Schon heute fließen weit mehr als zwei Drittel des weltweiten Wasserverbrauchs in die Landwirtschaft - und mit zunehmender Erderwärmung wird dieser Anteil steigen. Ein Drittel der Agrarflächen leidet unter unzureichender Wasserversorgung. Ein effizienterer Umgang mit Wasser ist daher ein wichtiges Ziel - für die Landwirtschaft weltweit, aber auch für Pflanzenforscher und -züchter. Doch ob mit oder ohne Gentechnik: Bis zu neuen dürretoleranten Pflanzensorten ist es ein weiter, schwieriger Weg.

In vielen Regionen ist Wasser der limitierende Faktor für die Landwirtschaft. Es kann nur die Menge erzeugt werden, wofür das Wasser ausreicht. Wenn keine neuen Wasserquellen - etwa Ferntransport, Tiefenwasser oder Wasser aus Entsalzungsanlagen - erschlossen werden können, dann ist der einzige Weg zu besseren Ernten, das vorhandene Wasser so effizient wie möglich zu nutzen.

• Zudem soll eine bessere Stresstoleranz nicht mit Ertragseinbußen erkauft werden. So sollen trockentolerante Sorten zwar bei Wassermangel bessere Erträge liefern als konventionelle Sorten, jedoch nicht schlechter sein, wenn ausreichend Wasser vorhanden ist.

Wie Pflanzen auf Stress reagieren - die Suche nach dem genetischen Hintergrund

Derzeit wird auf dem Gebiet der Stresstoleranzen von Pflanzen noch viel Grundlagenforschung betrieben. Das betrifft etwa die Suche nach dem genetischen Hintergrund der verschiedenen biologischen Mechanismen, mit denen sich Pflanzen - aber auch andere Organismen - an Trockenheit oder andere Stresssituationen anpassen. So weiß man, dass manche Pflanzenarten bei Trockenheit ihr Wurzelwachstum intensivieren, um an Wasser aus tieferen Bodenschichten heranzukommen, andere Pflanzen stellen dagegen das Wachstum ein.

Ein weiterer Mechanismus sind die Spaltöffnungen (Stomata) an der Blattunterseite, mit denen Pflanzen ihre Kühlung regulieren und die bei Wassermangel geschlossen werden. Versuche zeigen, dass sich über diesen Vorgang die Wassereffizienz einer Pflanze deutlich verbessern lässt. Allerdings führen geschlossene Stomata auch zu einer Verringerung der Photosynthese.

Viele solcher Ansätze für Trocken- und Stresstoleranzen werden derzeit in der Pflanzenforschung verfolgt, aber bisher sind daraus erst wenige neue Sorten hervorgegangen, die eine deutlich bessere Wassereffizienz aufweisen. Das gilt sowohl für "gentechnisch veränderte" als auch für mit anderen molekularbiologischen Verfahren "gezüchtete" Pflanzen.

Mit Gentechnik. Als "gentechnisch verändert" im Sinne der Gesetze gelten Pflanzen dann, wenn neue Gene eingeführt wurden, die aus anderen Organismen stammen. Ohne eine besondere Zulassung und Sicherheitsbewertung dürfen sie nicht auf den Markt. In vielen Ländern werden sie von einer gentechnik-skeptischen Öffentlichkeit mit Misstrauen betrachtet.

Eine erste trockentolerante gv-Maissorte ist in den USA zugelassen. Weltweit gibt es eine Reihe von Projekten, in denen neue Konzepte für stress- und trockentolerante Pflanzen mit neuen Genen getestet werden.

Ohne Gentechnik. Auch ohne "fremde" Gene einzuführen, können Fortschritte bei Stresstoleranzen erzielt werden. "Konventionelle" Pflanzenzüchtung ist heute in weiten Teilen angewandte Molekularbiologie. Damit ist es möglich, jene Gene und Genvarianten zu identifizieren, die für die Ausprägung eines bestimmten Toleranzmerkmals verantwortlich sind. Mehr noch: Mit  der heutigen extrem leistungsstarken Sequenzier- und Analysetechnik kann man schon auf der Genomebene untersuchen, ob in den Nachkommen das mit dem angestrebten Merkmal korrelierende Gen-Muster vorhanden ist.

Diese moderne "Präzisionszüchtung" wird auch als SMART Breeding (Selection with Markers and Advanced Reproductive Technologies) bezeichnet. Solche Pflanzen gelten - mit Ausnahme Kanadas - nicht als "gentechnisch verändert". Sie müssen keine besondere gesetzlichen Auflagen erfüllen und werden von den meisten Konsumenten als "natürliche", herkömmlich gezüchtete Sorten wahrgenommen.

Ähnliches gilt für die Mutationszüchtung, bei der mit geeigneten Techniken - Chemikalien, Bestrahlung - eine Vielzahl zufälliger, ungerichteter Mutationen hervorgerufen werden. Unter den so behandelten Pflanzen werden dann mit molekularbiologischen Verfahren diejenigen Mutanten herausgesucht, bei denen die für die angestrebte Stresstoleranz richtigen Genvarianten entstanden sind.

Ein Beispiel für die neue Generation trockentoleranter Pflanzensorten ist der Aquamax-Mais des Agrokonzerns Pioneer. Bei seiner Entwicklung wurden verschiedene Verfahren - etwa SMART Breeding - genutzt.  Seit 2012 sind in den USA Aquamax-Sorten auf dem Markt. Bereits im ersten Jahr wurden sie auf 800.000 Hektar angepflanzt. In Anbauversuchen sollen sie bei moderater Trockenheit deutlich bessere Erträge geliefert haben als andere Sorten.

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