Gerste

Gerste

Forschung Pilz-, Virusresistenz, verbesserte Braueigenschaften, bessere Futterverwertung
Freilandversuche EU: 15 (8 Länder)
USA 103, weitere 3 Länder

Gerste Info

Gerste (Hordeum vulgare) ist weltweit in den gemäßigten Klimaregionen verbreitet. Sie ist eine der ältesten Kulturpflanzen. Führend im Anbau sind Russland, Australien und die Ukraine, in Europa Spanien, Deutschland und Frankreich. Gerste ist anspruchsloser als Weizen und kann unter unterschiedlichen Bedingungen wachsen.

Bei Gerste unterscheidet man zweizeilige Sommergerste und mehrzeilige Gerste, meist Wintergerste. Zweizeilige Gerste entwickelt pro Ansatzstelle ein kräftiges Korn, während mehrzeilige Gerste an jeder Ansatzstelle drei schwächer ausgeprägte Körner aufweisen. Zweizeilige Sommergerste wird hauptsächlich in der Brauerei verwendet, mehrzeilige Gerste in der Lebensmittelverarbeitung, z.B. für Backwaren, und als Futtermittel.

Als nachwachsender Rohstoff liefert Gerste Stärke für die Industrie und kann auch für die Kraftstoff- und Wärmeerzeugung (Bioethanol, Biomethan) genutzt werden.


Gentechnik

Beispiele Forschung und Entwicklung (Gentechnik, neue Züchtungsverfahren)

Resistenz gegen Mehltau. Bei Gerste kommt natürlicherweise eine Resistenz gegen Mehltau vor. Diese beruht auf einer Mutation des MLO-Gens. Dieses kodiert ein Protein, das dem Mehltauerreger, einem Pilz, hilft, in die Zellen einzudringen. Fehlt den Pflanzen das MLO-Gen oder ist es deaktiviert, so sind sie resistent gegen Mehltau. Diese Eigenschaft wurde durch züchterische Kreuzung in die meisten der in Deutschland angebauten Gerstensorten eingebracht.
Heute setzt man auch die neuen Genome Editing-Verfahren (v.a. CRISPR/Cas) dafür ein, die MLO-Gene bei der Entwicklung neuer Sorten auszuschalten, nicht nur bei Gerste, sondern auch bei anderen Pflanzen, z.B. bei Weizen.

Resistenz gegen Ährenfusariose. Die Ährenfusariose wird v.a. durch den Pilz Fusarium graminearum, aber auch andere Fusarienarten hervorgerufen. Die Krankheit ist eine der wichtigsten Pflanzenkrankheiten weltweit und verursacht hohe Ertragsverlusten bei Getreiden wie Gerste und Weizen. Ein Fusarienbefall führt außerdem zu einer Belastung des Getreides mit giftigen Mykotoxinen. - Wissenschaftler in den USA haben in der Modellpflanze Arabidopsis mit Hilfe der Genome Editing-Methode CRISPR/Cas ein Gen ausgeschaltet. Die editierten Pflanzen zeigten sich resistent gegenüber F. graminearum. Bei Gerste gibt es ein entsprechendes Gen, welches wahrscheinlich für die Anfälligkeit von Gerste gegen Fusarieninfektionen verantwortlich ist. Die Forschungsergebnisse weisen eine Möglichkeit auf, durch das Ausschalten des Gens auch in Gerste eine Resistenz gegen Ährenfusariose hervorzurufen.

Resistenz gegenüber dem Gelbverzwergungsvirus. Das Gelbverzwergungsvirus (Barley yellow dwarf virus) wird durch Blattläuse übertragen und führt bei Gerste und anderen Getreidearten zu Zwergwuchs. Die Viren gehören zu den weltweit verbreitetsten Pflanzenviren und verursachen hohe Ertragsverluste. - Ungarischen Wissenschaftlern am Agricultural Biotechnology Institute ist es gelungen, mit Hilfe von CRISPR/Cas eine Punktmutation im Genom der Gerste zu erzeugen, wodurch den Pflanzen eine Resistenz gegenüber dem Gelbverzwergungsvirus verliehen werden konnte.

Resistenz gegen Gersten-Gelbmosaik-Virose. Die Gersten-Gelbmosaik-Virose (Soilborne barley mosaic virus, SBBMV) wird durch zwei nahe verwandte Virenarten ausgelöst, welche durch einen Bodenpilz übertragen werden. Infizierte Pflanzen zeigen gelbgrüne Verfärbungen auf den Blättern. Die Pflanzen entwickeln sich schlechter, es kann zum vollständigen Absterben kommen. Ertragsverluste von bis zu 50 Prozent sind die Folge. Da die Bekämpfung des Virus oder des Überträgers ist nicht möglich ist, kann nur durch den Anbau resistenter Sorten die Krankheit verhindert werden. - Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben arbeiten daran, mit CRISPR/Cas ein Gen in der Kulturgerste auszuschalten und die Pflanzen dadurch resistent gegen SBBMV zu machen. Die Bedeutung des ausgewählten Gens zeigte sich in einer ostasiatischen Landrasse, die resistent gegenüber den auslösenden Viren ist.

Toleranz gegenüber hohen Salzgehalten im Boden. Australische Wissenschaftler haben gentechnisch veränderte (gv) Gerste entwickelt, die eine um 70 Prozent verbesserte Salztoleranz aufweisen soll. Erste Freilandversuche haben bereits stattgefunden. In einigen Regionen Australiens sind versalzte Böden ein großes Problem für die Landwirtschaft.

Bessere Wachstumseigenschaften. Tschechische Wissenschaftler haben ein Gen aus Arabidopsis in Gerste übertragen. Es hat Einfluss auf die Cytokinin-Regulation in den Wurzeln. Das Pflanzenhormon Cytokinin spielt eine wichtige Rolle bei Wachstum und Entwicklung der Pflanze. Von 2016 bis 2017 wurde ein Freilandversuch durchgeführt.

Verbesserte Braueigenschaften. In den USA ist eine Gerstensorte entwickelt worden, die aufgrund eines übertragenen Bakterien-Gens hitzestabile Glukanasen bildet. Diese Enzyme verbessern u.a. die Verwertung der Gerste beim Brauprozess, indem sie Glukane, eine wichtige Stützsubstanz der Zellwände, abbauen und damit als Stärkequelle verwertbar machen. Der Abbau von Glukanen senkt zudem die Kosten für den Brauprozess, da die Glukane nicht mehr zu Verstopfungen von Filtern führen.
Glukanasen erhöhen auch die Widerstandsfähigkeit der Gerste gegenüber Pilzen, da sie die Glukane in deren Zellwänden abbauen.

Bessere Verdaulichkeit. Glukanase-Gene werden auch zur Optimierung der Futterqualität in Gerste eingeführt. Da so die Gersten-Glukane abgebaut werden, kann diese gv-Gerste auch an Tiere verfüttert werden, die - wie etwa Hühner - aufgrund ihrer Enzymausstattung selbst nicht in der Lage sind, die langkettigen Glukane der Zellwände abzubauen. Hühner, die überwiegend mit Gerste gefüttert werden, bleiben normalerweise kleinwüchsig.

Dänische Wissenschaftler haben eine gv-Gerste entwickelt, die eine verbesserte Phytase-Aktivität aufweist. Das Enzym Phytase spaltet bestimmte Phosphorverbindungen und erleichtert dadurch die Aufnahme von Phosphor aus der Nahrung.

Hitzestabile Amylase. Amylasen sind Enzyme, die die in den Gerstenkörnern enthaltene Stärke abbauen. Sie sind für den Brauereiprozess von großer Bedeutung. Die Enzyme sind jedoch empfindlich gegenüber höheren Temperaturen. - Slowakische Wissenschaftler haben in Gerste ein Gen für eine Amylase aus einer thermophilen Archaeen-Art der Gattung Thermococcus eingebracht. Die Thermococcus-Amylase zeigt ihre höchste Aktivität bei 75–85°C. Die gv-Gerste zeigte bei 75°C eine viermal so hohe Amylase-Aktivität wie die unveränderten Kontrollpflanzen.

Produktion von Inhaltsstoffen für kosmetische Produkte. Die isländische Firma ORF Genetics stellt in gv-Gerste den epidermalen Wachstumsfaktor (EGF) her. Dieser wird unter dem Markennamen Bioeffect EGF in Kosmetika und Anti-Aging-Produkten eingesetzt und soll zelleigene Reparaturprozesse in Hautzellen aktivieren. Die dafür entwickelte Gerste wird ausschließlich in geschlossenen Gewächshäusern kultiviert. Der EGF-Wirkstoff bildet sich im Gerstensamen. Nach der Ernte wird er aus den Körnern extrahiert und aufgereinigt. Nach Angaben des Unternehmens ist der in Gerste gewonnene EGF-Aktivator reiner und wirksamer als in den bisher verwendeten Präparaten.


Freilandversuche

Freilandversuche mit gv-Gerste

Die Karte zeigt, in welchen Ländern Freilandversuche durchgeführt wurden.

Freisetzungen Gerste auf einer größeren Karte anzeigen