Genom der alten Kulturpflanze Quinoa entschlüsselt

22.02.2017 - Deutschland

Quinoa ist eine der ältesten Kulturpflanzen. Sie stammt aus der Andenregion und wurde dort schon vor Jahrtausenden angebaut. In den vergangenen Jahrhunderten geriet sie aber in Vergessenheit. Erst seit kurzem ist Quinoa wieder in das Zentrum des wissenschaftlichen Interesses gerückt, denn die Samen bilden Inhaltsstoffe mit sehr hoher ernährungsphysiologischer Qualität. Außerdem können die Pflanzen auch unter unvorteilhaften Umweltbedingungen wie Trocken- und Salzstress wachsen. Unter der Leitung von Professor Mark Tester von der König-Abdullah-Universität für Wissenschaft und Technologie in Djiddah (Saudi-Arabien) wurde das Quinoa-Genom entschlüsselt und die Forschungsergebnisse in der aktuellen Online-Ausgabe des Fachmagazins „Nature“ veröffentlicht. An dem Projekt waren insgesamt 33 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus vier Kontinenten beteiligt, darunter auch von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU).

„Quinoa war eine Hauptkulturart der alten Anden-Zivilisationen, aber nach der Eroberung durch die Spanier verlor sie stark an Bedeutung. Das bedeutet, dass Quinoa nie vollständig domestiziert wurde und ihr genetisches Potenzial trotz des ausgewogenen Verhältnisses an positiven Inhaltsstoffen bis heute nicht ausgeschöpft wurde”, sagt Professor Tester.

Für die Sequenzierung wurde eine neuartige Methode verwendet, die es erlaubt, sehr große Fragmente zu sequenzieren. Damit konnte eine annährend vollständige Sequenz erstellt werden, die auf den Chromosomen verankert wurde. Die hohe Qualität dieser Sequenz erlaubte es, züchterisch bedeutende Gene zu identifizieren und zu charakterisieren. „Dies wird eine zielgerichtete Züchtung zur Verbesserung des genetischen Potenzials stark beschleunigen“, erklärt Professor Christian Jung, der gemeinsam mit Dr. Nadine Dally, beide vom Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung der Kieler Universität, an dem Forschungsprojekt beteiligt war.

Ein Problem bei der Nutzung der Kulturpflanze sei die Bildung eines Bitterstoffs (Saponin) in den Samen: „Wir haben die dafür verantwortlichen Gene identifiziert und können nun zielgerichtet Saponin-freie Pflanzen züchten“, ergänzt Tester. Außerdem stehe die Selektion kurzstrohiger Typen mit besserer Standfestigkeit auf dem Programm. Derartige Pflanzen sind dann in der Lage, mehr Samen zu produzieren, ohne umzuknicken.

Für die Kieler Forscherinnen und Forscher ist besonders der Zeitpunkt der Blüte von Interesse. „Wir denken auch über den Anbau von Quinoa in Mitteleuropa nach“, sagt Dally. „Dafür ist es aber notwendig den Blühzeitpunkt zu verändern. Quinoa ist nämlich eine tropische Pflanze, die an kurze Tage angepasst ist. Bei uns muss sie aber im Langtag blühen. Wir haben bereits die dafür verantwortlichen Gene identifiziert und können nun damit beginnen, in einem weltweiten Quinoa-Sortiment nach vorteilhaften Genvarianten zu suchen.“

Das Forschungsprojekt wurde unter anderem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Originalpublikation:
D.E. Jarvis, Y. Shwen Ho, D.J. Lightfoot, S.M. Schmöckel, B. Li, T. Borm, H. Ohyanagi, K. Mineta, C.T. Michell, N. Saber, N.M. Kharbatia, R.R. Rupper, A.R. Sharp, N. Dally, B. A Boughton, Y.H. Woo, G. Gao, E. Schijlen, X. Guo, A.A. Momin, S. Negrão, S. Al-Babili, C. Gehring, U. Roessner, C. Jung, K. Murphy, S.T. Arold, T. Gojobori, C.G. van der Linden, E.N. van Loo, E.N. Jellen, P.J. Maughan, M. Tester. „The genome of Chenopodium quinoa“
DOI: 10.1038/nature21370