500 Jahre Reinheitsgebot: Forschungsprojekt will Hopfenzucht modernisieren
Themen-Serie der Universität Hohenheim zu 500 Jahre Reinheitsgebot Teil 3/5: Forscher arbeiten an genetischer Landkarte des Hopfens
Konkurrenz aus Übersee: Vergangenes Jahr haben die USA Deutschland als Weltmeister im Hopfenanbau eingeholt. Unter Federführung der Universität Hohenheim entwickeln Wissenschaftler nun neue Zuchtverfahren, um Hopfen präziser und schneller zu züchten. Basis bilden rund 1.000 junge Hopfenpflänzchen, die derzeit in einem der Gewächshäuser der Universität wurzeln. Mit ihnen wollen Forscher die erste genetische Landkarte deutscher Hopfensorten erstellen. Die Ergebnisse sollen die Zucht neuer Sorten ermöglichen, die an Klimaveränderungen angepasst sind, Resistenzen gegenüber Schädlingen aufweisen und damit zukünftig weniger Pflanzenschutzmitteln benötigen. Zugleich sollen sie den neuen Marktanforderungen der Craft-Bier-Szene entgegenkommen.
Die Hopfenzüchtung an der Universität Hohenheim soll neue Sorten ermöglichen, die an Klimaveränderungen angepasst sind, Resistenzen gegenüber Schädlingen aufweisen und damit zukünftig weniger Pflanzenschutzmitteln benötigen
Universität Hohenheim / Astrid Untermann
In Deutschland bedeckt Hopfen eine Fläche von insgesamt rund 17.000 Fußballfeldern. Das sind 36 % der globalen Anbaufläche für die internationale Bierproduktion.
Lange Zeit war Deutschland damit weltweit führendes Hopfenanbauland. Es lieferte bittere Hopfensorten für traditionelle Brauer und Aromahopfen für die Craft-Bier-Szene.
Doch noch im laufenden Jahr wird die Bundesrepublik ihre Poleposition vermutlich verlieren: „Die jüngsten Zahlen zeigen, dass Deutschland bereits 2015 als weltweit größtes Hopfenanbauland von den USA eingeholt wurde“, so Dr. Michael Helmut Hagemann vom Fachgebiet Ertragsphysiologie der Sonderkulturen an der Universität Hohenheim und Koordinator des Hopfenkooperationsprojekts.
US-Züchter: schneller und konkurrenzfähig
Einer der Gründe: Die amerikanische Hopfenwirtschaft investiert seit einigen Jahren in neue Pflanzungen und in die Forschung. Durch Innovationen der Züchtungsforschung wird die US-Branche in Zukunft noch schneller und gezielter auf wechselnde Geschmackstrends reagieren können.
Die Basis dafür ist ein Wissensvorsprung: So veröffentlichte eine amerikanische Arbeitsgruppe bereits 2013 erste Ergebnisse zur Entwicklung einer genetischen Karte für amerikanische Hopfensorten.
Ein Vorteil, der US-Züchter in Zukunft schneller und konkurrenzfähiger machen wird: Denn durch die Gen-Analyse können sie aussichtsreiche Pflanzen bereits als kleines Jungpflänzchen erkennen und ungeeignete aussortieren. Sie können schneller und präziser züchten, betont der Experte.
Diese genetische Grundlage fehlt bislang für den deutschen Hopfenanbau. Ein Kooperationsprojekt der Universität Hohenheim, der Bayrischen Landesanstalt für Landwirtschaft in Hüll/Freising und des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen mit der Unterstützung der Hopfenpflanzer in Tettnang und der Hopfenverwertungsgenossenschaft soll nun die Präzisionszüchtung für Hopfen in Deutschland entwickeln und etablieren.
Konventionelle Züchtung in Deutschland: langwierig und teuer
Das Problem: Im Vergleich zur Präzisionszüchtung ist die Arbeit deutscher Züchter vielfach aufwendiger und zeitintensiv.
„Bisher müssen sich deutsche Hopfenzüchter ausschließlich auf ihren langjährigen Erfahrungsschatz und Intuition verlassen“, erklärt Dr. Hagemann. „Junge Hopfenpflanzen werden vom Züchter vor allem nach äußeren Eigenschaften wie Aussehen, Wuchs und den ersten Dolden ausgewählt. Er behält diejenigen, die ihm vielversprechend erscheinen.“
Doch ob der Hopfen auch geschmacklich den Erwartungen der Züchter entspricht, zeigt sich erst, wenn die Hopfenpflanze erntereif ist – ein Prozess, der mehrere Jahre dauert. „Neben Anbaukriterien wie das Wachstumsverhalten, der Ertrag oder die Resistenz gegen Krankheiten, sind es vor allem die Inhaltsstoffe, die letzten Endes entscheiden, welcher Hopfen die Anforderungen der Bierbrauer erfüllt.“
Konventionellen Bierbrauern seien die Alphasäuren in den Sorten am wichtigsten, die für den bitteren Geschmack des Bieres sorgen. Der Craft-Bier-Brauer achtet auf ein ausgewogenes Verhältnis von Aroma- und Bitterstoffen, die das Bier besonders vielseitig machen.
Die derzeitige Dauer dieses Verfahrens: „Es dauert mindestens 12 Jahre, bis es eine Hopfengeneration wirklich in den Sudkessel einer Brauerei schafft“, erläutert Dr. Hagemann. „Das zeigt, wie aufwendig und vor allem kostenintensiv die Züchtung langjähriger Pflanzen ist. Genau hier setzt unser Kooperationsprojekt an.“
Genetisch Unterschiede für hohe Vielfalt
Den Grundstock für das Forschungsprojekts bilden rund 1.000 Hopfen-Sämlinge, die aktuell in einem Gewächshaus der Universität Hohenheim auskeimen. Die Elternpflanzen stammen vom Hopfenforschungszentrum der Bayrischen Landesanstalt für Landwirtschaft in Hüll/Freising.
„Unsere bayerischen Kollegen haben hierfür zwei Elternpflanzen genommen, die in ihrem Erbmaterial (DNA) sehr unterschiedlich sind“, so Dr. Hagemann. „Auf diese Weise haben wir bei den Nachkommen eine hohe genetische Vielfalt.“
Gute Pflanzen sollen schon als Keimlinge erkannt werden
Das Erbgut der 1.000 Nachkommen soll jetzt die Basis für das neue Verfahren liefern. Durch Genanalysen wird die Hopfen-DNA daraufhin untersucht welche Eigenschaften – Resistenz, Ertrag, Geschmack – mit welchem Teil des Erbgutes zusammenhängen.
„In der Genetik bezeichnen wir solche Abschnitte als Marker“, erklärt Dr. Hagemann. „Wenn es zwischen einem Marker und einer bestimmten Eigenschaft dann einen Zusammenhang gibt, sprechen wir von einer Marker-Merkmals-Beziehung.“
Sind diese Marker und Beziehungen einmal bekannt, kann künftig schon am Keimling abgelesen werden welche Pflanze später einmal besonders Ertrag bringt, resistent gegen Pilze ist und aromatisch oder bitter schmeckt.
Was einfach klingt, ist in der Entwicklung jedoch ein enormer Aufwand. Die Forscher nutzen die neuesten Technologien und Methoden der Inhaltsstoffanalyse, Sequenzierung, Biostatistik und Bioinformatik. „Dabei entsteht eine große Menge an Daten, die bearbeitet und ausgewertet werden müssen“, so Dr. Hagemann. „Auch hier bekommen wir mit den Biostatistikern Dr. Jens Möhring und Prof. Dr. Hans-Peter Piepho Unterstützung von der Universität Hohenheim.“
Einfach in der Anwendung, günstig vom Preis
Trotz hohem Einsatz in der Forschung: In der Anwendung soll die neue Zuchtmethode einmal recht einfach und preisgünstig sein. Das heißt, „der Züchter kann diese Auswertungen zukünftig standardisiert und selbstständig in seinen Laboren durchführen“, erklärt Dr. Hagemann.
Bereits im Mai 2016 soll mit der Gen-Analyse der jungen Pflanzen begonnen werden. Anfang 2017 wird die genetische Karte der Hopfenpopulation erstellt sein. „Um möglichst präzise und zahlreiche Marker-Merkmals-Beziehungen herstellen zu können, müssen wir allerdings noch weitere Generationen untersuchen“, sagt der Experte. „Daher sind die aktuellen Arbeiten als erster Schritt in Richtung Präzisionszüchtung zu verstehen. Doch die Ergebnisse werden langfristig helfen die deutsche Hopfenproduktion an der Spitze des Weltmarktes zu halten – präzise und erfolgreich.“
Zum Projekt: Präzisionszüchtung von Hopfen
Das Kooperationsprojekt zur Präzisionszüchtung von Hopfen der Universität Hohenheim, der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung) mit dem Arbeitsgemeinschaften zur Hopfenforschung unter Leitung von Frau Dr. Elisabeth Seigner und des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen unter der Leitung von Prof. Dr. Detlef Weigel wird für zwei Jahre finanziert durch das Bayerische Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten, das Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz, Baden-Württemberg, die Erzeugergemeinschaft Hopfen HVG e.G. in Wolnzach und die Universität Hohenheim. Die Forscher nutzen die neuesten Technologien und Methoden der Inhaltsstoffanalyse, Sequenzierung, Biostatistik und Bioinformatik um Ertrag, Qualität und Resistenz des Hopfens sowohl in der Keimphase als auch im Ertragsstadium zu bestimmen und damit so früh wie möglich die aussichtsreichsten Pflanzen für die Entwicklung neuer Sorten zu erkennen. Beteiligte Wissenschaftler der Universität Hohenheim sind Prof. Dr. Jens Wünsche und Dr. Michael Hagemann (Fachgebiet Ertragsphysiologie der Sonderkulturen), Prof. Dr. Hans-Peter Piepho und Dr. Jens Möhring (Fachgebiet Biostatistik), Prof. Dr. Gerd Weber (em.) vom Institut für Pflanzenzüchtung, Saatgutforschung und Populationsgenetik sowie Susanne Braun vom Forschungszentrum für Bioökonomie.
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