Archiv des Autors: Johannes Timaeus

Crispr-Multilines als Diversifizierungs-Ansatz in der ökologischen Züchtung: Potential und Kritik

Eine genetisch diverse Multiline, gut erkennbar an den verschiedenen Ährenfarben.


Ein Gedanke treibt mich schon seit einiger Zeit um. Es geht um die Verbindung eines alten Züchtungsansatzes zur Diversifizierung von Pflanzensorten – den sogenannten Multilines – mit moderner Gentechnik. Hierdurch ließen sich die Stärken zweier Ansätze möglicherweise elegant kombinieren. Allerdings gehört meiner Meinung nach zu der Entwicklung dieser Idee auch eine kritische Reflexion. Wie ließen sich Crispr-Multilines wirklich positiv nutzen und dienen nicht nur der übermäßigen Kapitalanhäufung bestimmter Institutionen und Personen? Ich befürchte, dass ein überhasteter Einsatz dieser Technologie mehr Schaden anrichtet als Vorteile bringt.

Multilines als Diversifizierungsansatz

Trotzdem, die Idee liegt so nahe und ich finde sie so interessant, dass ich sie hier kurz vorstellen muss. Meines Wissens nach wurde dieser Ansatz bisher weder in der Literatur diskutiert noch experimentell untersucht (falls es jemand besser weiss, sagt bescheid). Multilines sind ein Ansatz in der Resistenzzüchtung und eine Alternative zur sogenannten Pyramidisierung mehrerer Resistenzgene in einer Sorte (Browning und Frey 1969). Bei der Pyramidisierung werden verschiedene Resistenzen aus mehreren Genetiken in eine Sorte eingekreuzt. Hierdurch wird es den Pathogenen erschwert die Resistenzen zu überwinden. Ein Problem dabei ist aber, dass eine multiresistente Sorte genetisch einheitlich ist und so einen starken Selektionsdruck auf den Pathogenorganismus ausübt. Dies kann die Evolution resistenter Pathogene begünstigen. Multilines dagegen sind genetisch vielfältig. Sie bestehen aus mehreren genetischen Linien die jeweils nur eine oder wenige Resistenzen tragen und zwar verschiedene. Hierdurch ergibt sich eine andere epidemiologische Dynamik. Dadurch, dass es verschiedene Genetiken in den Multilines gibt, entstehen auf das Pathogen Selektionsdrücke in verschiedene Richtungen. Hierdurch sollte die Entstehung von Pathogenen, die alle Resistenzen der Multilines überwinden, verlangsamt werden. Sollte doch eine Resistenz in einer Multiline überwunden werden, kann die entsprechende Linie ausgetauscht werden. Allerdings wurde auch darauf hingewiesen, dass durch Multilines möglicherweise sogenannte Super-Rassen innerhalb der Pathogen-Populationen entstehen könnten (siehe z.B. Finckh und Wolfe 2006 für eine Diskussion dieses Themas). Weiterlesen

Embryokultur als kontroverse Züchtungsmethode: Überschreitung natürlicher Artgrenzen und genetische Bereicherung von Kulturpflanzen

Links: Tomatenvielfalt im Leipziger Gemeinschaftsgarten Querbeet. Ein Produkt der Embryokultur?


Gastbeitrag von Heinz-Dieter Hoppe

Pflanzenzüchtungsmethoden sind mittlerweile ein kontroverses Thema in unserer Gesellschaft. Es gibt verschiedene Vorstellungen davon, wie Kulturpflanzen gezüchtet werden sollten. Um zu einer Bewertung von Züchtungsmethoden zu kommen, gehören neben den eigenen Wertvorstellungen idealerweise auch fundiertes Wissen über die Züchtungsmethode. An dieser Stelle möchte ich auf die Embryokultur als Züchtungstechnik eingehen.

Die Embryokultur-Technik (embryo rescue) stellt ein viel genutztes Werkzeug für die Pflanzenzüchtung dar. Besonders bei Art- und Gattungsbastardierungen – also der Kreuzung über Art- und Gattungsgrenzen hinweg – wird diese Technik bereits seit mehr als 100 Jahren genutzt (Raghavan 2003). Ziel ist eine Vergrößerung der genetischen Variabilität von Kulturpflanzen. Durch Kreuzung mit Wildarten sollen erwünschte Merkmale, die nicht im Genpool der Kulturpflanzenart vorkommen, wie zum Beispiel Resistenzeigenschaften gegenüber Krankheiten, in Kulturformen übertragen werden (Miedaner 2011).

In den nachfolgenden Ausführungen wird am Beispiel der Kulturtomate die Nutzung und Bedeutung dieser Technik für die Pflanzenzüchtung dargestellt und diskutiert. Weiterlesen

Zum Ursprung von Getreide-Leguminosen-Mischkulturen und der Nutzung evolutionärer Ko-Adaptation

Abbildung links: der sogenannte Fruchtbare Halbmond ist Ursprung vieler unserer Kulturpflanzen. Quelle Wikipedia, Autor Colt 55.


Seit einiger Zeit beschäftigt mich schon die Frage, woher eigentlich die Mischkulturen aus Getreiden und Leguminosen kommen, die traditionell in unserer europäischen Landwirtschaft eingesetzt wurden. Mischkulturen erfahren gerade wieder – durch eine Reihe aktueller Forschungsprojekte und Konferenzen – mehr Aufmerksamkeit. Ich selbst arbeite gerade an einem Mischkultur-Projekt (Remix) im Fachgebiet Ökologischer Pflanzenschutz der Universität Kassel.

Neulich fiel mir bei einer Literaturrecherche ein interessanter alter Artikel von Zohary und Hopf in die Hände mit dem Titel: „Domestication of Pulses in the Old World – Legumes were companions of wheat and barley when agriculture began in the Near East“ (Zohary and Hopf, 1973). Das ließ mich natürlich aufhorchen. Die Kernaussage des Artikels ist, dass die wilden Vorfahren unserer Getreide und einiger Leguminosen wie Linse und Erbsen schon vor ihrer Domestikation in natürlichen Pflanzengemeinschaften zusammenlebten und das diese auch zusammen domestiziert und in den ersten landwirtschaftlichen Systemen unserer Welt zusammen kultiviert wurden. Etwas aktuellere Informationen dazu gibt es in den Kapiteln zu Getreide und Erbsen bei Zohary et al. (2012) und Weiss und Zohary (2011).

Ein gemeinsamer Ursprung von Gerste, Weizen, Linse und Erbse?

Interessanterweise überlappen sich die Verbreitungsgebiete einiger wilder Vorfahren unserer Getreide und Leguminosen, die wir in der Landwirtschaft verwenden. Zum Beispiel kommen wilde Formen des Emmers und der Gerste sowie wilde Linsen und Erbsen alle im sogenannten fruchtbaren Halbmond vor (siehe Karten in Zohary et al. [2012]). Dabei teilen sie sich gemeinsame Ökosysteme, wie die lichten Eichenformationen („Near East Oak Park-Forest Formation“), bzw. offene steppeartige Grasländer (Zohary et al 2012). Zohary et al. und Weiss et al. gehen außerdem davon aus, dass die Domestikation von Gerste und bestimmten Weizenformen wie Emmer zeitlich relativ nah an der Domestikation von Linse und Erbse liegt, was eine gemeinsame Domestikation möglich erscheinen lässt. Weiterlesen

Die Genome Editing Debatte als Kristallisationspunkt für ein neues Verständnis von Kulturpflanzen

Ästhetisch in der unmittelbaren Anschauung aber auch Spiegel gesellschaftlicher Werte und Konflikte: Kulturpflanzen (hier Erbse und Weizen in Mischkultur bei Witzenhausen).


Die Debatte um die neuen Genome Editing Technologien zeigt, das in der Züchtung erhebliche Veränderungen notwendig sind, die über technisch-methodische Entwicklungen hinausgehen. In der Züchtungsforschung und Züchtungswirtschaft haben sich hochproblematische Strukturen etabliert, wie sich anhand dieser Debatte zeigt. Es geht vor allem um mangelnde Transparenz über die Erzeugung von Kulturpflanzen und das Verbergen von Interessen und Wertvorstellungen hinter wissenschaftlicher Argumentation. Um dies zu ändern, brauchen wir ein neues und breiteres Verständnis von Kulturpflanzen.

Starten möchte ich mit der exzellenten Analyse der aktuellen Genome Editing Debatte von Jennifer Kuzma. Sie nimmt in ihrem Artikel (Kuzma 2018) die Debatte treffend auseinander und deckt problematische Strategien der Genome Editing Vertreter auf. Wie aus dem Artikel klar hervorgeht, ist sie keine pauschaler Gentechnik-Gegnerin sondern weist vielmehr auf die vielen Eigentore der Genome Editing Vertreterinnen hin. Dazu gehören die sogenannten Namensspiele („playing the name game“). Statt die Genome Editing Technologien als Gentechnik zu bezeichnen werden sie als „Neue Züchtungsmethoden“ oder „Präzisionszüchtung“ bezeichnet. Dadurch wird aber der eigentliche Prozess hinter der Züchtungsmethode – also der technische Eingriff auf molekulargenetischer Ebene – verschleiert. Dieses Umlabeling macht die Leute misstrauisch und wird wohl kaum zu einer größeren Akzeptanz dieser Technologie führen. Weiterlesen

Impressionen vom Versuchsfeld: plastische Erbsen und Formenvielfalt beim Weizen

Foto: Blühende Erbsen Anfang Mai in einem Praxis-Versuch.


Zur Zeit sind wir am Fachgebiet Ökologischer Pflanzenschutz mitten in der Feldsaison. Die Experimente entwickeln sich gut und es gibt viel zu tun. Ende April haben die ersten Erbsen in einem Praxis-Experiment bei einem Landwirt zu blühen angefangen. In den Experimenten in unserem Versuchsbetrieb in Neu Eichenberg zeichnen sich auch schon erste interessante Entwicklungen ab. Die Erbsen reagieren plastisch auf die Mischung mit Weizen und strecken sich in der Mischkultur im Vergleich zur Monokultur. Das Ausmaß dieser Streckung scheint außerdem von der Höhe der Weizensorte abzuhängen. Hier zeigt sich der Einfluss der Lichtkonkurrenz. Die Streckung von Pflanzen in Konkurrenzsituationen wird als Schattenflucht (shade avoidance, Franklin 2008) bezeichnet. Schattenflucht ist eine besondere Strategie von Pflanzen mit Konkurrenz um Licht umzugehen (Schattentoleranz ist eine andere). Weiterlesen

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. Weiterlesen

Getreide-Erbsen Mischkulturen: Erkenntnisse und offene Fragen

Foto links: eine Mischung aus Triticale und Erbsen in Neu Eichenberg.


Zur Zeit untersuchen wir im Fachgebiet Ökologischer Pflanzenschutz der Uni Kassel  Mischkulturen bzw. Gemenge aus Winterweizen und Erbsen. Dazu haben wir im letzten Herbst einige Experimente auf unserem Versuchsbetrieb in Neu Eichenberg angelegt und auch einige on-farm Experimente bei Landwirten (Fotos in diesem Beitrag). Gerade bin ich dabei die Literatur zu durchforsten und möchte einige dabei gewonnene Erkenntnisse teilen. Mischkulturen können eine Reihe verschiedener Funktionen erfüllen. Allerdings bieten sie keineswegs immer Vorteile sondern können falsch eingesetzt sogar zu Nachteilen führen. Es gilt also diese mit Bedacht einzusetzen.

Unkrautunterdrückung und Reduktion des Lagerns in Erbsen-Mischkulturen

In Monokultur angebaute Erbsen leiden oft unter starkem Unkrautdruck, weil sie nicht so konkurrenzfähig sind, vor allem kurzwüchsige und halbblattlose Erbsensorten. Im Verhältnis dazu sind Getreide wie Hafer oder Gerste viel konkurrenzfähiger und sorgen deshalb in den Mischungen mit Erbsen für die Unkrautunterdrückung. Die Unkrautunterdrückung von Erbsen-Getreide Mischkulturen (vor allem mit Gerste und Hafer) im Vergleich zu Erbsenmonokulturen ist vom Effekt her relativ stark und gut durch Studien belegt (Corre-Hellou et al., 2011; Gronle and Böhm, 2014). Allerdings sind – wie diese Studien zeigen – bezüglich der Unkrautunterdrückung Mischungen aus Erbsen und Getreide nicht im Vorteil gegenüber Weizenmonokulturen. Ein gutes aktuelles Beispiel aus Italien zum Anbau von Erbsen-Gersten-Mischungen findet man auf der Webseite des Projektes Diversify. Hier sollen die Mischungen der Fütterung von Tieren in Gemischtbetrieben dienen. Praktische Empfehlungen zu Erbsen-Gersten-Mischungen vom FibL (auf Englisch) findet man in dieser PDF. Weiterlesen