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Genom-Entschlüsselung gibt Aufschluss über trocken- und hitzeresistente Getreidepflanzen
Wien (universität) - Ein internationales Konsortium unter der Leitung des "International Crops
Research Institute for the Semi-Arid Tropics" (ICRISAT) hat unter Beteiligung eines Forschungsteams um den
Systembiologen Wolfram Weckwerth von der Universität Wien das Genom der trockenresistenten Getreidepflanze
Pennisetum glaucum (Perlhirse) sequenziert. Diese Pflanze hat große Bedeutung für die Landwirtschaft
in trockenen Regionen in Afrika und Asien. Perlhirse ist in der Lage, trotz großer Trockenheit und hohen
Temperaturen bis zu 42°C Erträge zu liefern, im Gegensatz zu Weizen, Reis und Mais. Die Studie wird aktuell
in "Nature Biotechnology" veröffentlicht.
Die natürliche Bandbreite von pflanzlichen Anpassungen an unterschiedliche Klimate ist unüberschaubar.
Die Erforschung dieser natürlichen genetischen Biodiversität innerhalb von Pflanzenfamilien, -gattungen
und auch Pflanzenarten zählt zu den größten Schätzen der menschlichen Erkenntnis. Genau diese
genetische Vielfalt ist auch der Schlüssel, um mit globalen Klimaveränderungen und deren Folgen für
die Landwirtschaft umzugehen. Zum Zweck der nachhaltigen Erforschung, Züchtung und Bewahrung der genetischen
Vielfalt insbesondere der Nahrungsmittelpflanzen haben sich viele öffentliche Non-Profit-Institute im Rahmen
einer internationalen Organisation zusammengeschlossen und sind aktiv in der Forschung, Züchtung und dem Aufbau
von Non-Profit-Biobanken beschäftigt.
Perlhirse (Cenchrus americanus synon. Pennisetum glaucum) ist ein Grundnahrungsmittel in verschiedenen Trockenregionen
Afrikas, Indiens und Asiens. Perlhirse zeichnet sich durch hohe Resistenz gegen Trockenheit und sehr hohe Temperaturen
bis zu 42°C aus, doch die molekularen Mechanismen sind hierfür unbekannt. "Der erste Schritt, den
man in der modernen Biologie heutzutage macht, um einen Organismus, sei es Pflanze, Tier oder Mikrobe, zu verstehen,
ist die Sequenzierung seines Genoms, um anschließend das Proteom und das Metabolom zu messen", erklärt
Wolfram Weckwerth. Leiter des Departments für Ökogenomik und Systembiologie und des Vienna Metabolomics
Center der Universität Wien.
Um die molekularen Mechanismen der Widerstandsfähigkeit gegen Trockenstress auf genomischer Ebene, aber auch
in weiteren Züchtungsprozessen genau zu untersuchen, hat das internationale Konsortium nicht nur das Genom
von Perlhirse entschlüsselt, sondern auch 994 weitere Zuchtlinien bzw. Wildtypen dieser Pflanze sequenziert.
In einer weiteren Studie haben Arindam Ghatak, Palak Chaturvedi, Wolfram Weckwerth und weitere MitarbeiterInnen
diese Trocken- und Hitzeresistenz von Perlhirse auf metabolischer und proteomischer Ebene untersucht und damit
die ersten molekular-physiologischen Hypothesen aufgestellt, wie diese Pflanze einen Ernteertrag unter extremen
Trockenstressbedingungen erhalten kann. Die genomische Information war für diese Studien sehr wichtig.
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