Züchtung von Kartoffeln durch den Einsatz neuer Methoden beschleunigen

Die Kartoffel ist weltweit die drittwichtigste Kulturpflanze. Sie gezielt durch Züchtung zu verbessern ist aber aufgrund verschiedener Faktoren schwierig. Im Projekt „PotatoTools“ wollen Biologen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) um Dr. Delphine Van Inghelandt und Prof. Dr. Benjamin Stich Werkzeuge entwickeln, um gezielt bessere Kartoffelsorten zu züchten. Das am Institut für Quantitative Genetik und Genomik der Pflanzen sowie an Züchtungsunternehmen angesiedelte und von der HHU koordinierte Projekt hat, inklusive Eigenanteilen, ein Gesamtvolumen von 2,7 Millionen Euro.

Von Solanum tuberosum, der Kartoffel, sind weltweit mehrere Tausend unterschiedliche Sorten bekannt. Doch diese Vielfalt täuscht darüber hinweg, dass sie aufgrund verschiedener genetischer und biologischer Faktoren schwer durch klassische Züchtung verbessert werden kann. Dies liegt zum einen daran, dass die Kulturkartoffel tetraploid ist, ihr Erbgut also jeweils vier Chromosomensätze enthält; zum Vergleich: Der Mensch ist diploid und besitzt einen doppelten Chromosomensatz. Der Nachteil besteht bei der Kartoffel darin, dass an jedem Genort vier verschiedene Versionen, sog. Allele, vorliegen können. Dies macht es erheblich schwieriger, die leistungsfähigste Kombination von Allelen zu erstellen. Außerdem haben Kartoffeln einen – im Gegensatz zu anderen wichtigen Kulturpflanzen wie Mais, Weizen oder Gerste – geringen Vermehrungskoeffizienten, also eine geringere Zahl von Knollen, die pro Pflanze geerntet werden kann. Dies verlangsamt den Züchtungsfortschritt, da ökonomisch interessante Merkmale erst gegen Ende eines Züchtungszyklus erfasst werden können.

Aufgrund der Bedeutung der Kartoffel sowohl für die Ernährung als auch für die Wirtschaft – Kartoffeln dienen unter anderem der Stärkeproduktion – ist es notwendig, spezielle neue Sorten zu züchten, die zum Beispiel resistent gegen Pflanzenkrankheiten sind, die man wandelnden Anbau- und Umweltbedingungen anpasst oder die einen höheren Nährstoffgehalt haben.

Das HHU-Team um Prof. Stich koordiniert das mit Bundesmitteln geförderte Projekt PotatoTools, bei dem Werkzeuge für die „Genomische Selektion“ (GS) bei Kartoffeln erforscht werden sollen. Mit den im Projekt entwickelten Methoden soll es möglich werden, das genetische Potential zukünftiger Sorten unter Einbezug von tausenden im Erbgut verteilten molekularen Markern vorherzusagen.

Um mittels GS gewünschte Eigenschaften erfolgreich selektieren zu können, fehlen bislang wichtige genomische Ressourcen. So gibt es noch keine Referenzgenomsequenz der Kulturkartoffel. Auch gibt es keine Möglichkeiten, um unterschiedliche Genotypen (der Genotyp umfasst die gesamte genetische Ausstattung eines individuellen Lebewesens) von Kartoffeln im Hochdurchsatzverfahren mittels sogenannter SNP-Arrays zu charakterisieren. Ebenfalls ist noch unklar, wie der Ablauf von Kartoffelzüchtungsprogrammen verändert werden muss, um die Vorteile der GS optimal zu nutzen. Alle diese offenen Fragen will das Projekt PotatoTools angehen. Am Ende sollen allgemein anwendbare Werkzeuge und Methoden entstehen.

Im Projekt arbeiten Forschungsgruppen des Instituts für Quantitative Genetik und Genomik der Pflanzen der HHU und Unternehmen mit. Das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft fördert es über drei Jahre durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe. Das gesamte Projektvolumen beträgt rund 2,7 Millionen Euro, worin die Eigenanteile der beteiligten Unternehmen berücksichtigt sind.