Angesichts des Klimawandels ist Roggen anderen Getreidearten weit voraus: Er ist trockenheitstolerant, widerstandsfähig gegenüber Krankheiten und nutzt die vorhandenen Nährstoffe sehr effizient. Eigenschaften, die ihn auch für den ökologischen Landbau interessant machen.

Um aber Roggen im Biolandbau verwenden zu können, muss er speziellen Anforderungen genügen: Da Öko-Landwirte keine chemisch-synthetischen Pflanzenschutzmittel einsetzen, müssen die Sorten robust und an den jeweiligen Standort angepasst sein. Zudem möchten die meisten Bio-Betriebe ihr Saatgut aus sogenannten „samenfesten“ Sorten selbst erzeugen können. Aktuell kommen jedoch nur wenige neue Sorten auf den Markt, die nachbaufähig und damit für den Ökolandbau geeignet sind.

RoggenPop soll Nachbau der Sorten ermöglichen

Hier wollen Forschende unter Leitung von Prof. Dr. Thomas Miedaner an der Landessaatzuchtanstalt der Universität Hohenheim Abhilfe schaffen. Im Projekt RoggenPop entwickeln sie eine verbesserte Zuchtmethodik für selbst-inkompatiblen, also fremdbefruchtenden Winterroggen. Dabei setzen sie auf die sogenannte Populationszüchtung, die einen Nachbau der Sorten ermöglicht und vor allem für kleinere Züchtungsbetriebe im ökologischen Landbau interessant ist.

Bei Selbstbefruchtern, wie Weizen oder Gerste, besitzen alle Pflanzen einer Sorte dieselben Eigenschaften und unterscheiden sich damit deutlich von anderen Sorten. Bei Roggen ist das anders, weil er natürlicherweise ein Fremdbefruchter ist und deshalb nur als heterogene, mischerbige Populationen vorkommt.

Diese genetische Vielfalt innerhalb der Sorten nutzen die Züchter bei der Populationszüchtung: Ausgewählte Pflanzen werden miteinander gekreuzt und die Nachkommen auf agronomische Eigenschaften, wie Kornertrag, Krankheitsresistenzen und Qualität ausgelesen. Die Allerbesten lässt man dann wieder untereinander abblühen und es entsteht durch natürliche Kreuzbefruchtung eine neue Population, die – wie schon die Ausgangspflanzen – über eine große genetische Vielfalt verfügt und insgesamt sehr anpassungsfähig ist.

Genom-Analyse mit molekularen Markern

Ein Problem der Populationszüchtung ist aber bisher, dass bei der Auslese geeigneter Pflanzen für die weitere Züchtung Eigenschaften wie beispielsweise der Ertrag nur an den Nachkommen erfasst werden können. Die eigentlichen Elternpflanzen stehen zum Aufbau einer neuen Population nicht mehr zur Verfügung, weil sie bereits bei der Blüte wieder fremdbefruchtet wurden. Stattdessen greifen die Zuchtbetriebe meistens auf das Restsaatgut der Elterngeneration zurück, das aber nur zu einem Teil mit dem Erbgut der Sortenkandidaten übereinstimmt. Dies resultiert in einem nur geringen Zuchtfortschritt.

Eine Lösung des Problems könnte hier die Analyse des Genoms mit molekularen Markern schaffen, die dann mit Hilfe von statistischen Modellen mit den Eigenschaften der Pflanzen verknüpft werden. Aussagen über den Zuchtwert einer Pflanze wären dann zukünftig unabhängig von der Generation und Kenntnis der (familiären) Verwandtschaft, sondern rein auf Basis einer Genomanalyse möglich. Veränderung am Erbgut wie bei der Gentechnik erfolgen dabei nicht. Die molekularen Analysen dienen allein der Diagnostik der Erbinformation.

Gründerpflanzen in Saatgutprobe entdecken

Um dieses System zu erproben, suchen die Forschenden des Projektes RoggenPop zunächst nach Zusammenhängen zwischen dem Erbgut vieler Pflanzen und den gewünschten Eigenschaften. Diese Daten fließen in ein statistisches Modell ein, mit dessen Hilfe sie dann anhand genetischer Marker den Ertrag von bisher nicht geprüften Pflanzen bzw. deren Nachkommen vorhersagen können.

So können sie bereits aus einer Saatgutprobe ohne weitere Feldprüfung die „Gründer“-Pflanzen einer neuen, verbesserten Population auswählen. Ob diese Methode erfolgreich ist, wird dann in Feldversuchen durch den Vergleich mit der Ausgangspopulation geprüft.