Wie Leindotter-DNA andere Pflanzen vor Dürre retten kann

Das weite Feld blüht in den satten Farben Grün und Gelb. Was auf den ersten Blick wie Raps aussieht, entpuppt sich auf den zweiten als der weniger bekannte Leindotter („Camelina sativa“). In der Landwirtschaft ist der Kreuzblütler seit dem Altertum bekannt, intensiv gezüchtet wurde er aber nie. Und das, obwohl er über hervorragende Eigenschaften verfügt, die andere Nutzpflanzen weniger haben.

Nicht nur brilliert sein Öl mit einem hohen Gehalt an Omega-3-Fettsäuren und wertvollen Proteinen. „Leindotter ist auch eine sehr anspruchslose und klimaresistente heimische Ölfrucht, die sich gut an schwierigen Bedingungen anpassen kann. Besonders an Trockenheit und Hitzeperioden“, sagt die Forscherin Claudia Jonak vom Center for Health and Bioresources am AIT Austrian Institute of Technology.

In Anbetracht des Klimawandels und den dadurch bedingten höheren Temperaturen und längeren Trockenheitsperioden sind diese Eigenschaften relevanter als je zuvor. 

Mechanismen verstehen

Warum die Pflanze so resilient ist, blieb bisher unerforscht. Seit 2020 will ein internationales Forschungsteam rund um Jonak daher seine geheimen Anpassungsmechanismen entschlüsseln. „In dem von der EU geförderten Forschungsprojekt UNTWIST wollen wir die natürliche Resistenz von Leindotter nutzen, um ihre Strategien gegen Hitze und Trockenheit besser zu verstehen“, sagt sie. 

Diese Strategien sollen in der Folge auf andere Nutzpflanzen übertragen werden, um ihren Ertrag auch bei extremen Umweltbedingungen zu gewährleisten. „Wir haben angefangen, mit einer Sammlung von mehr als 50 genetisch sehr unterschiedlichen Leindotter-Linien zu arbeiten. Das waren sowohl kommerzielle Varietäten als auch Wildsorten und Landrassen“, sagt Jonak. Letzteres meint Pflanzen, die sich in einer bestimmten Region über Generationen natürlich und ohne systematische Züchtung entwickelt haben.

Die Linien wurden in Feldexperimenten in diversen europäischen Ländern als Winter- und Frühjahrssaat angebaut. Dabei wurden Eigenschaften wie Blühzeitpunkt, Erntezeit, Größe und vor allem Samenertrag und Ölgehalt ermittelt. Auch wurden kontrollierte Versuche in Glashäusern durchgeführt und die Pflanzen auf Hitze- und Trockenstress untersucht. 

Besonders resilient

„Wir haben alle Linien sequenziert und decken damit die Variabilität des gesamten genetischen Pools ab“, sagt Jonak. Von den 50 Linien haben sich 4 anhand ihres Stoffwechsels und ihrer Genetik als besonders resilient erwiesen. „Diese Linien verwenden wir, um die Strategien der Stresstoleranz zu untersuchen“, sagt sie. Dabei wird etwa untersucht, wie die Enzyme im Stoffwechsel nach Hitze und Trockenheit reagieren. „Wir gehen ganz tief hinein“, so Jonak.

Zusätzlich werde die Samenentwicklung an verschiedenen Proben in verschiedenen Stadien im Labor analysiert. „Die 4 Linien gehen dann zurück in die verschiedenen Länder und werden zu unterschiedlichen Zeiten angebaut.“ Man wolle so die optimalen Anbauzeiten ermitteln und erfahren, ob sie dem jeweiligen Klima standhalten. Denn: „Heute weiß man nicht mehr, ob es im Frühjahr kalt oder heiß ist – wir brauchen daher eine Pflanze, die sich gut anpassen kann“, sagt Jonak.

Prognose-Modelle

Auf Basis der gesammelten Daten sollen sogenannte Marker, also DNA-Abschnitte, für die Züchtung neuer stressresistenter Pflanzen ermittelt werden. Die identifizierten Marker sucht man dann etwa auch in Kreuzblütlern wie Raps. So kann auch der so gezüchtet werden, dass er die gewünschten Eigenschaften aufweist wie Leindotter.

Zudem sollen computerbasierte Prognose-Modelle erstellt werden, die Vorhersagen über die Anpassungsfähigkeit von Leindotter treffen. Die Daten und Modelle werden zudem in einer Datenbank namens „Plant Adaptation Hub“ verfügbar gemacht. Forscher*innen, Züchter*innen und Saatgutunternehmen können das Wissen nutzen und in die Praxis umsetzen. „Wir entwickeln auch landwirtschaftliche Protokolle für bestimmte Sorten und Regionen. Die enthalten etwa Informationen darüber, welche Sorten für ein bestimmtes Klima gut geeignet sind“, so Jonak.

Dieser Artikel entstand im Rahmen einer Kooperation zwischen AIT und futurezone.