Die Kombination von Diversität und Zuchtfortschritt als zentrale Frage in der ökologischen Züchtung

Foto: Zuchtgarten der Züchtungsforschung auf dem Dottenfelder Hof.


Bei der kürzlich in Kassel durchgeführten Wissenschaftstagung für den Ökolandbau drehte sich vieles um alternative Züchtungsansätze, die genetisch vielfaltige Sorten erzeugen. Klassischerweise ist die Vielfalt eine wichtige Ressource zu Beginn des Züchtungsprozesses. Im Züchtungsprozess selbst aber wird die Vielfalt eingeschränkt, um einen Zuchtfortschritt zu erzielen. Um eine Kulturpflanze an bestimmte Bedingungen anzupassen, z.B. an bestimmte Pathogene, die Nährstoffversorgung oder auch an Qualitätsansprüche der Menschen müssen die genetischen Varianten, die im Widerspruch zu diesen Anforderungen stehen, ausgelesen werden.

Am Ende des Züchtungsprozesses stehen dann in der modernen Züchtung weitgehend genetisch homogene Sorten. Dazu gehören Liniensorten bei Selbstbefruchtern wie Weizen, Hybridsorten bei Fremdbefruchtern wie Roggen und Kohl oder aber Klonsorten, wie bei vielen Obstgehölzen. Die genetische Vielfalt steht also am Anfang der modernen Züchtung und bildet ihr Ausgangsmaterial aber die Endprodukte sind überwiegend genetisch einheitlich.

Pflanzengesundheit und genetische Homogenität

Insbesondere in Bezug auf die Pflanzengesundheit ist dies durchaus problematisch. Kombiniert man genetisch einheitliche Sorten, z.B. Weizenlinien mit einer geringen Sortenvielfalt (in dem man sich auf die aktuell produktivsten Weizen-Sorten beschränkt) und dies wiederum mit großflächigen Monokulturen auf der Ebene der Kulturpflanzenarten (nur Weizen) so erzeugt man Agrarökosysteme, die hochgradig anfällig sind gegen Pathogene, die einer dynamischen Evolution unterliegen. Einheitliche Pflanzenbestände erzeugen einen massiven Selektionsdruck in eine Richtung, der dazu führt, dass Pathogene (insbesondere solche, die sich sexuell Fortpflanzen) die bestehenden Resistenzen der Pflanzen überwinden. Eine Option ist dann die sogenannte Pyramidisierung vieler Resistenzgene innerhalb einer Sorte. Aber auch diese kann nach einer gewissen Zeit wieder überwunden werden. Eine interessante Lektüre zu diesem Thema ist z.B. Kapitel 6 aus Miedaner (Miedaner, 2011).

Vielfalt die Erste: Sortenmischungen

Eine andere Herangehensweise besteht darin wieder mehr Vielfalt direkt in das landwirtschaftliche System zu bringen. Der prinzipiell einfachste Ansatz ist es bestehende Sorten zu mischen, z.B. verschiedene Weizensorten. Meines Wissens nach tun dies durchaus auch einige Landwirte in der Praxis. Hier muss man dann Sorten finden, die zueinander passen also z.B. zur gleichen Zeit abreifen. Möchte man die Pflanzengesundheit gezielt verbessern, müsste man gleichzeitig noch auf verschiedene Resistenzen achten. Hier wäre also keine züchterische Arbeit notwendig aber eine gut informierte Selektion der Sorten.

Vielfalt die Zweite: Populationszüchtung

Ein tatsächlich züchterischer Ansatz ist die Erzeugung von genetisch breiten Populationen bei Selbstbefruchtern wie Weizen. Die Idee ist keineswegs neu und der Züchtungsprozess dieser Populationen wird als evolutionärer Pflanzenzüchtung bezeichnet (Suneson, 1956). Hier werden am Anfang mehrere genetische Herkünfte miteinander gekreuzt. Dann vermehrt man die entstehende genetisch diverse Population über mehrere Generationen entweder völlig ohne oder aber nur mit einer geringen menschlichen Selektion. Eine zentrale Annahme ist hier, dass die natürliche Selektion die Population an die Umwelt – in diesem Fall das Agrarsystem – anpasst. Soll diese Anpassung aber einen starken Effekt haben, ist eine starke natürliche Selektion und damit auch wieder eine starke Einschränkung der Vielfalt erforderlich. Hier zeigt sich der Gegensatz zwischen Zuchtfortschritt und Vielfalt. Vielfalt kann bei einer effektiven und von starken Selektionskräften geprägten evolutionären Züchtung nur erhalten bleiben, wenn es mehrere Populationen gibt, die voneinander getrennt in verschiedenen Umwelten mit starken Selektionsdrücken evolvieren. Die Vielfalt bleibt dann nur innerhalb der gesamten Populationsgruppe erhalten nicht aber in den Teilpopulationen.

Vielfalt die Dritte: Multilines

Ein anderer Ansatz ist die Erzeugung sogenannter Multilines. Auch das ist keine neue Idee (Browning and Frey, 1969). Dieser Ansatz ist etwas gezielter als die evolutionäre Züchtung aber dafür auch aufwendiger. Hier wird eine ganz bestimmte agronomisch leistungsfähige Sorten mit verschiedenen genetischen Herkünften gekreuzt, die verschiedene Resistenzen tragen. Damit man aus diesen Kreuzungen wieder Sorten mit guten Erträgen und Qualitäten bekommt, sind circa sechs Rückkreuzungen notwendig. Dies muss aber für jede genetische Resistenzquelle gemacht werden. Für Multilines aus 10 Resistenzquellen wären also 10*6 Rückreuzungen erforderlich. Am Ende des Prozesses stehen viele Liniensorten, die der angepassten Elternsorte bis auf ein Resistenzgen gleichen. Diese können dann zu einer Multiline bzw. zu einer Vielliniensorte physikalisch gemischt werden. Man erhält dann eine Sorte, die in den agronomischen Eigenschaften homogen aber bezüglich der Resistenzgene vielfältig ist. Solche Multilines haben gewissermaßen eine breite Resistenz auf Populationsebene und sind eine Alternative zu dem Pyramidisierungsansatz. In gewisser Hinsicht bringen Multilines also Diversität und Zuchtfortschritt zusammen. In den sechziger und siebziger Jahren gab es eine Reihe von Zuchtforschungsprogrammen zu Multilines in den USA (Browning and Frey, 1969). Aktuell scheint es hier momentan keine umfangreichen Aktivitäten mehr zu geben.

Multilines bei Kaffee in Kolumbien

Allerdings scheint es durchaus woanders aktive Züchtungsprogramme zu geben: in Kolumbien. Ein Kapitel in dem aktuellen Buch von Miedaner (2017, ab S. 185) hat mich daran erinnert, was mir Maria Finckh schon vor einiger Zeit erzählt hatte (mir aber wieder in Vergessenheit geriet). In Kolumbien scheint es gewissermaßen eine lebendige Tradition von Multilines zu geben. Schon 1982 wurde die erste Multiline Namens Columbia zugelassen. Es folgten die Sorten Tabi in 2002, gefolgt von Castillo 2005 und Cenicafe 1 im Jahre 2016. Diese Informationen habe ich aus einem Abstract eines Konferenzbeitrages (Angel et al. 2017) und einer Webseite, die sich mit Kaffee-Sorten beschäftigt. Einer Internet-Quelle zufolge soll Castillo geschmacklich durchaus mit anderen Sorten mithalten können. Das Kreuzungsschema scheint relativ einfach gewesen zu sein im Vergleich zu den Multilines bei Getreide. Castillo besteht aber immerhin aus acht Genotypen. Diese wurden durch Kreuzung und wiederholte Rückkreuzung der Elite-Sorte Caturra und Hibrido de Timor (einem natürlichen Hybrid aus Robusta und Arabica) entwickelt (siehe Miedaner 2017). Hibrido de Timor scheint eine diverse Population mit mehreren Resistenzquellen für Kaffe-Rost zu sein. Interessant ist auch die Finanzierung dieser Züchtung. Auf jedes Pfund exportiertem Kaffee werden in Kolumbien 6 Cent Steuern aufgeschlagen, die unter anderem Forschung und Züchtung bei Cenicafe zugutekommen, die die Multilines entwickeln. Noch mehr Infos zu dem Thema Diversifizierung  gibt es bei Finckh und Wolfe (2015) und ganz viele Details zum Kaffe in Kolumbian bei Hindorf et al. (2015). Wenn ihr also demnächst einen Kaffee aus Kolumbien trinkt, könnte es sich um eine Multiline handeln.

Die Züchtungspraxis in Deutschland

Eine weitere Option ist eine Art Kombination aus der Populationszüchtung und den Multilines. Hier stände am Anfang dann eine (komplexe) Kreuzung gefolgt von einer gezielten Auslese von Linien aus den Kreuzungspopulationen, die dann wieder zu neuen Populationen zusammengestellt werden. Einige Getreide-Züchter scheinen diesen Weg gerade zu beschreiten und sind damit vielleicht schon weiter als die Forschung. Ein gutes Beispiel sind die Winterweizen-Populationen Brandex und Liocharls vom Dottenfelder Hof.

Eine zentrale Frage in der ökologischen Züchtung

Zusammengefasst stellt sich für mich folgende zentrale Frage für die ökologische Züchtung: Wie können wir Diversität –  als Züchtungsprodukt und nicht nur als Ausgangsmaterial – und Züchtungsfortschritt miteinander verbinden? Diese Frage sollte sicherlich einerseits züchtungspraktisch aber auch wissenschaftlich beantwortet werden.

Zitierte Literatur

Angel, C. A., M. Cristancho, A. Jaramillo, und A. L. Gaitan, 2017. „An intriguing taste of 30 years of coevolution: Monitoring Coffee Leaf Rust (Hemileia vastatrix Berk. & Br) in Colombia“. In PHYTOPATHOLOGY, 107:5–5. AMER PHYTOPATHOLOGICAL SOC 3340 PILOT KNOB ROAD, ST PAUL, MN 55121 USA.

Finckh, M. R., und M. S. Wolfe. „Biodiversity enhancement“. Plant diseases and their management in organic agriculture, 2015, 153–174.

Hindorf, Holger, Mekuria Tadesse, Jürgen Pohlan, Odette Weedon, und Maria R. Finckh. „Organic coffee disease management“. Plant Dis. their Manag. Org. Agric. APS Press, St. Paul, 2015, 367–382.

Browning, J.A., Frey, K.J., 1969. Multiline cultivars as a means of disease control. Annu. Rev. Phytopathol. 7, 355–382.

Miedaner, T., 2011. Resistenzgenetik und Resistenzzüchtung. DLG-Verlag.

Miedaner, T., 2017. Pflanzenkrankheiten, die die Welt beweg (t) en. Springer Berlin, Heidelberg.

Suneson, C.A., 1956. An evolutionary plant breeding method. Agron. J. 48, 188–191.

 

Ein Gedanke zu „Die Kombination von Diversität und Zuchtfortschritt als zentrale Frage in der ökologischen Züchtung

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