Forschende entschlüsseln die Vielfalt des Weizens

Weizen im goldenen Licht

Ein internationales Forschungsteam hat die Genome von zehn Weizensorten entschlüsselt.

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Uni Zürich
In einem Mammutprojekt hat eine Gruppe von mehr als 100 Forschenden aus neuen Ländern, darunter die Schweiz, das Erbgut von zehn Weizensorten aus vier Kontinenten entschlüsselt. Dies könnte dazu beitragen, die Nutzpflanze in Zukunft gezielt zu züchten, um den Nahrungsbedarf für die wachsende Weltbevölkerung sicherzustellen.

Das Genom des Weizens zu entschlüsseln ist eine Herkulesaufgabe: Mit rund 100'000 Genen auf 21 Chromosomen ist das Weizengenom etwa fünfmal grösser als das menschliche Erbgut. Seit die Nutzpflanze vor 8000 Jahren erstmals angebaut wurde, sind weltweit 560'000 Sorten entstanden. Während einige gut mit Trockenheit zurechtkommen, sind andere auf die Abwehr von lokal vorkommenden Schädlingen spezialisiert.

Das Forschungsteam unter Beteiligung der Universität Zürich (UZH) präsentierte nun die Genome von zehn Brotweizensorten aus Nordamerika, Asien, Australien und Europa im Fachmagazin «Nature». Diese Sorten, unter denen sich die Schweizer Weizensorte namens «ArinaLrFor» befindet, machen laut den Forschenden einen bedeutenden Teil der weltweiten Weizenvielfalt aus.

Einkreuzung verlieh dem Weizen seine Vielfalt
Demnach steckt das Geheimnis ihrer Anpassungsfähigkeit in ihren Genen: «Wir konnten zahlreiche Unterschiede in der Genom-Struktur der untersuchten Weizensorten finden», sagt Thomas Wicker von der Uni Zürich gemäss einer Medienmitteilung. «Sie unterscheiden sich insbesondere durch grosse Chromosomen-Fragmente, die irgendwann in der Vergangenheit aus Wildgräsern eingekreuzt wurden.»

Exemplarisch sind die grossen Unterschiede in Art und Anzahl der Immunrezeptoren, die die Forschenden in den Genomsequenzen entdeckten. «Diese Variabilität zeigt, dass sich die verschiedenen Sorten an regional unterschiedliche Pflanzenkrankheiten wie Viren und Pilze oder Schädlinge wie Insekten angepasst haben», sagte Wicker.

Weizen behalten «Backup»-Gene bei
Der dreifache Chromosomensatz des Weizens verleiht ihm laut den Forschenden einen weiteren evolutionären Vorteil: «Einzelne Gene können sich verändern, während andere Kopien derselben Gene ihre ursprüngliche Funktion behalten. Die Pflanze hat somit ein grösseres Repertoire an Möglichkeiten und ist anpassungsfähiger», sagt der UZH-Professor Kentaro Shimizu.

Im Jahr 2018 sequenzierten Forschende das erste Genom eines Weizens, dasjenige einer alten chinesischen Landsorte. Das Team brauchte für die weltweit mit Spannung erwartete Entschlüsselung 13 Jahre.

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