Ein internationales Team von Wissenschaftlern, an dem auch das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung beteiligt ist, hat einen bedeutenden genetischen Fortschritt in der Züchtung winterharter Ackerbohnen erzielt. Die Ackerbohne, auch bekannt als Faba-Bohne, hat sich in der Landwirtschaft als wertvolle Kulturpflanze etabliert, da sie reich an Eiweißen ist und in der Lage ist, Stickstoff aus der Luft zu binden. Diese Eigenschaften machen sie besonders attraktiv als heimische Eiweißquelle in Europa, insbesondere als Alternative zu Soja. Dennoch gibt es ein wesentliches Problem: Viele der verfügbaren Sorten sind nicht winterhart und überstehen die kalten Temperaturen nicht, was ihre Anbaubedingungen stark einschränkt.
Die Forschungsteams haben in einem ersten Schritt das Referenzgenom der Ackerbohne erheblich verbessert. Durch den Einsatz von fortschrittlichen Methoden wie optischer Kartierung konnten die Wissenschaftler die verschiedenen Abschnitte des Genoms präziser zusammenstellen. Prof. Dr. Murukarthick Jayakodi, der bereits im Jahr 2023 eine erste Referenz des Genoms erstellt hatte, erklärte, dass die neue Genomkarte nun als verlässlicher Bauplan dient, mit deutlich weniger Lücken und einer besseren Verankerung auf den sechs Chromosomen. Diese Grundlage ermöglicht es, gezielte Züchtungsstrategien zu entwickeln, um robustere Sorten zu kreieren.
Im nächsten Schritt analysierten die Forscher über 400 verschiedene Linien von Winter- und Sommer-Ackerbohnen und führten dabei systematische Vergleiche des Erbguts durch. Um die genetischen Unterschiede zu identifizieren, die mit der Winterhärte in Verbindung stehen, wurden sogenannte Assoziationsanalysen durchgeführt. Diese Analysen ermöglichten es den Wissenschaftlern, die Gene zu identifizieren, die bei Kälte aktiviert werden, wobei besonderes Augenmerk auf Gene gelegt wurde, die in anderen Pflanzenarten bereits für ihre Kälteresistenz bekannt sind.
Die Ergebnisse waren bemerkenswert. Hailin Zhang, die Erstautorin der Studie, berichtete, dass ein einzelnes Allel an einem bestimmten Genort ausreicht, um zwischen Winter- und Sommersorten zu unterscheiden. Diese Entdeckung lässt sich mit einem Lichtschalter vergleichen: Das Gen kann entweder aktiviert oder deaktiviert sein. Je nach Variante dieses Gens zeigt die Pflanze eine Winterhärte oder nicht. Der identifizierte Genort war das stärkste Signal in der Analyse zur Winterhärte und gehört zur Gruppe der CBF/DREB-Transkriptionsfaktoren. Diese Gene fungieren als Schalter, die bei kalten Temperaturen zahlreiche Schutzmechanismen aktivieren.
Zusätzlich zu ihrer Rolle bei der Kältetoleranz zeigte sich, dass dieselben Gene auch mit stabilen Erträgen unter verschiedenen Umweltbedingungen korreliert sind. Dr. Martin Mascher, der Leiter der Arbeitsgruppe „Domestikationsgenomik“ am IPK, äußerte sich begeistert über diese Erkenntnis: „Es ist faszinierend, dass derselbe Genort sowohl die Winterhärte als auch die Ertragsstabilität beeinflusst.“ Dies bedeutet, dass dieses genetische „Schaltzentrum“ mehrere bedeutende Auswirkungen hat und die Züchtung winterharter Sorten erheblich beschleunigen könnte.
Die Entwicklung winterharter Ackerbohnen könnte für Europa von großer Bedeutung sein, da sie nicht nur die Erträge um bis zu 50 Prozent steigern, sondern auch die Abhängigkeit von Importen verringern würden. Diese Erkenntnisse sind ein Schritt in Richtung nachhaltiger Landwirtschaft und stärken die Position heimischer Pflanzen in der Ernährungssicherheit.
Die Ergebnisse dieser Studie wurden kürzlich im renommierten Fachmagazin „Nature Genetics“ veröffentlicht und stellen einen bedeutenden Fortschritt in der Pflanzenzucht dar. Die Forschungsergebnisse bieten eine solide Basis für zukünftige Züchtungsprojekte und könnten dazu beitragen, die Herausforderungen der Klimaveränderungen im Agrarsektor besser zu bewältigen.
