Genomeditierung für klimaresiliente Nutzpflanzen

Der Klimawandel mit hohen Temperaturen, Trockenheit und schwankenden Niederschlägen bedroht die globale Produktion von Nahrungs- und Futtermitteln aus Pflanzen. Dabei können sich die Wetterextreme sowohl direkt auf die Pflanzen und ihr Wachstum auswirken als auch indirekt, zum Beispiel durch die Förderung der Ausbreitung von Pflanzenkrankheiten oder nachteilige Beeinflussung der Bodenfruchtbarkeit. Für Weizen wurde geschätzt, dass eine Erhöhung der Durchschnittstemperatur um ein Grad zu Ertragseinbußen von etwa 4 – 6 Prozent führt. Außerdem leidet die Qualität der Körner. Auch bei Reis führen zu hohe Temperaturen zu Ernteeinbußen, zu dem wirkt sich ein gesteigerter CO2-Gehalt der Atmosphäre nachteilig auf den Gehalt an verschiedenen Nährstoffen aus. Bei Mais hemmt Hitzestress die Keimung und die normale Entwicklung der Pflanzen, die Er träge sinken bei hohen Temperaturen um sieben Prozent für jedes Grad weiterer Erhöhung. Etwa 20 Prozent der globalen Maisanbaufläche ist von Trockenheit bedroht, die ebenfalls die Erträge schmälert. Neue Züchtungsverfahren ermöglichen die schnelle Entwicklung von Nutz pflanzen mit verbesserten Eigenschaften, die zur Klimaresilienz beitragen. Neben gezielt wirkenden Nukleasen wie dem bekannten CRISPR/Cas9-System erlauben Baseneditoren präzise Änderungen einzelner Buch staben des genetischen Codes ohne Schnitte im Erbgut, und Weiterentwicklungen wie das «prime editing» ermöglichen sowohl punktförmige Veränderungen als auch kleine Insertionen und Deletionen genetischer Informationen. In Weizen, Mais und Reis wurde bereits eine große Zahl von Produkten neuer Züchtungsverfahren beschrieben, mit Eigenschaften wie verbesserten Erträgen, erhöhter Krankheitsresistenz, oder besserer Nährstoffverwertung. Diese sind geeignet, nachteiligen Wachstumsbedingungen generell entgegenzuwirken. Es gibt auch Züchtungsansätze, die gezielt Klimaauswirkungen kompensieren sollen. Dazu gehört eine verbesserte Hitzetoleranz, eine effizientere Wassernutzung, eine optimierte Architektur von Pflanzen und Wurzeln und eine Anpassung an Böden mit hohem Salzgehalt. Da es sich hierbei um komplexe Eigenschaften handelt, die von zahlreichen Genen beeinflusst werden, ist hier oft eine Strategie erfolgreich, welche auf positiv oder negativ wirkende Regulatorgene abzielt – Mutationen hier können die Expression zahlreicher Gene zugleich beeinflussen, die gemeinsam an der Ausprägung bestimmter Pflanzenmerkmale beteiligt sind. Das große Potential der Genomeditierung kann allerdings noch nicht global für die Züchtung klimaresilienter Pflanzen ausgenutzt werden, weil die Entwicklung der erforderlichen gesetzlichen Rahmenbedingungen in verschiedenen Weltregionen, z. B. Europa, bisher nicht mit der raschen wissenschaftlichen Entwicklung Schritt gehalten hat – die Arbeiten daran laufen aktuell.