Zukunft züchten

Dramatische Ernteeinbußen nach monatelanger Dürre – der letzte Sommer war ein Weckruf, dass sich die Landwirtschaft so schnell wie möglich an die veränderten Klimabedingungen anpassen muss. Johannes Liesche liefert mit zellbiologischer Forschung wichtige Grundlagen für die Züchtung von Feldfrüchten, die besser mit Hitze, Trockenheit oder auch Krankheitserregern zurechtkommen.

Seit Jahrtausenden verändern Menschen das Erbgut von Nutzpflanzen durch Kreuzen, um Sorten zu kreieren, die möglichst widerstandsfähig sind und viel Ertrag bringen. In den 1930er-Jahren kam mit der sogenannten Mutationszüchtung eine neue Methode hinzu, die bis heute etabliert ist, etwa bei Weizen. Dabei werden Samen Radioaktivität oder Chemikalien ausgesetzt, um in vielen Pflanzen einer Art kleine Erbgutänderungen zu erzeugen, solange, bis eine mit den gewünschten Eigenschaften dabei ist.
In den 1980er-Jahren begann man, gentechnisch veränderte (GV) Nutzpflanzen zu züchten, um Feldfrüchte resistent gegen Schädlinge zu machen. Dabei wurden in das Erbgut Gene einer anderen Art, etwa eines Bakteriums, übertragen. Solche transgenen Pflanzen dürfen in Österreich nicht angebaut werden, in der EU ist nur ein GV-Mais von Monsanto zugelassen.
Seit etwa zehn Jahren eröffnen neue genomische Techniken (NGT) wie die sogenannte Genschere CRISPR/Cas vielversprechende Perspektiven, um dem Klimawandel mit angepassten Züchtungen zu begegnen. Anders als bei GV-Sorten wird hier keine artfremde DNA in das Genom der Ausgangspflanzen eingebracht. Stattdessen werden Sequenzen des Erbguts gezielt verändert. Voraussetzung dafür sind Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung, wie sie Johannes Liesche mit seiner Arbeitsgruppe für pflanzliche Zellbiologie betreibt. „Wenn wir wissen, welche Gene welche Funktionen erfüllen, können Züchter:innen diese entsprechend aktivieren, hemmen oder ausschalten“, erklärt der Wissenschaftler.

Segen statt Schrecken
Gentechnik ist für viele Menschen ein Schreckgespenst. Dabei wird oft übersehen, dass auch traditionelle Methoden eine Veränderung des Erbguts zum Ziel haben. „Tatsächlich lassen sich Pflanzen, die mittels NGT erzeugt wurden, nicht von solchen unterscheiden, die durch Kreuzung oder Mutationszüchtung entstanden sind“, sagt Liesche. Für ihn liegen die Vorteile der neuen genomischen Techniken klar auf der Hand: „Während beim Kreuzen acht bis zehn Jahre und mit Mutationszüchtung sechs bis sieben Jahre vergehen, bevor das Saatgut auf den Markt kommt, ist das dank NGT bereits nach vier bis sechs Jahren möglich, inklusive aller nötigen Tests“, so der Forscher. Jede neue Sorte muss – egal, wie sie zustande kam – strenge Prüfverfahren durchlaufen, in Österreich unter der Leitung des Bundesamts für Ernährungssicherheit. So ist auch bei NGT-Züchtungen gesichert, dass sie einen nachgewiesenen Wert für Anbau und Verwendung haben.
„Wenn Saatgutbetriebe und Landwirtschaft in der EU wettbewerbsfähig bleiben sollen, führt kein Weg an NGT vorbei“, ist Liesche überzeugt. Andernfalls müssten die bäuerlichen Betriebe noch stärker subventioniert oder mehr Lebensmittel importiert werden. Die größten Herausforderungen für Österreich seien, Nutzpflanzen hitze-, trocken- und spätfrosttolerant zu machen. Hinzu komme, dass sich Bakterien oder Pilze mit dem Klimawandel immer rascher ausbreiten und schneller verändern. Mit NGT könnten in relativ kurzer Zeit krankheitsresistente Linien gezüchtet werden. Wenn sich dadurch Spritzmittel sparen ließen, wäre das auch für die Umwelt von Vorteil.

Forschung für Fortschritt
Damit das möglich wird, braucht es Grundlagenforschung wie jene von Johannes Liesche. Mit seinem Team untersucht er, über welche Mechanismen Pflanzen ihren Zuckerstoffwechsel steuern. In ihren Blättern produzieren sie durch Photosynthese Saccharose, die dann in Wurzeln, Samen und Früchte transportiert wird. Wie viel davon wohin gelangt, entscheidet über Wachstum und Ertrag. Umweltbedingungen spielen dabei eine wichtige Rolle. So wird etwa in Dürreperioden mehr Energie in die Wurzeln investiert, damit sie auf der Suche nach Wasser in tiefere Schichten vordringen können.
Liesche interessiert sich insbesondere für die molekularen Signalwege, auf denen die für den Zuckertransport relevanten Informationen weitergegeben werden. „Wir haben untersucht, wie sich diese Steuerung tunen lässt, damit ein Gewächs schneller oder stärker auf Trockenheit reagiert“, berichtet der gebürtige Deutsche, der über sieben Jahre an der Northwest A&F University in Yangling/China geforscht hat, bevor er an die Uni Graz wechselte. Mit seinem Team entdeckte er unter anderem neue genetische Faktoren, die maßgeblich die Zuckerexport-Raten von Blättern beeinflussen. Auf Basis dieser Erkenntnisse arbeiten Züchter:innen daran, Ertragssteigerungen bei Tomaten, Zuckerrohr und anderen Nutzpflanzen zu erreichen.