Jedes Jahr gehen weltweit Ernten im Wert von mehreren Milliarden US-Dollar durch Pre-Harvest Sprouting (PHS) verloren, bei dem Körner und Samen auf der Pflanze zu keimen beginnen, bevor sie geerntet werden. Ausgelöst durch warmes, feuchtes Wetter gefährdet dieses Phänomen die Erntequalität und trägt zu globalen Herausforderungen für die Ernährungssicherheit bei. Neue Forschungen unter der Leitung von Wissenschaftlern des Carlsberg-Forschungslabors in Dänemark haben jedoch den genetischen Mechanismus enthüllt, der den Keimungsprozess von Gerste steuert, und möglicherweise eine Lösung für dieses weit verbreitete Problem bieten.
Die Wurzeln des Problems: Domestizierung und Ruhe
PHS ist kein natürliches Phänomen; Es ist eine Folge landwirtschaftlicher Praktiken. Als die ersten Landwirte Gerste domestizierten, legten sie Wert auf Nutzpflanzen, die nach der Aussaat schnell keimten. Dies erforderte eine Reduzierung der natürlichen Samenruhe – eine wichtige Pause, die das Keimen verhindert, bis die Bedingungen ideal sind. Während diese Praxis eine schnellere Aussaat und möglicherweise zwei Ernten pro Jahr ermöglicht, stellt sie eine erhebliche Schwachstelle dar: Wenn das Wetter vor der Ernte ungewöhnlich warm und feucht wird, kann die gesamte Pflanze vorzeitig zu sprießen beginnen. Dadurch ist das Getreide für die Lagerung oder Verarbeitung ungeeignet, was sich negativ auf seinen Wert sowohl für Lebensmittel als auch für Brauereien auswirkt.
Die genetische Kontrolle entschlüsseln: Die Rolle von MKK3
Um die Ursachen von PHS zu untersuchen, konzentrierten sich die Forscher auf MKK3, ein Gen, von dem bereits bekannt ist, dass es die Ruhephase in Gerste und anderen Getreidekörnern beeinflusst. Sie führten eine umfassende Analyse der DNA von über 1.000 Gerstensorten durch, die von Farmen und Saatgutbanken auf der ganzen Welt stammten. Die Studie umfasste auch den Anbau verschiedener Gerstenarten auf Feldern über mehrere Saisons hinweg, wobei die Hälfte der Pflanzen absichtlich Bedingungen ausgesetzt wurde, die wahrscheinlich PHS auslösen könnten. Durch eine vergleichende Analyse von betroffenem und normalem Getreide sowie Laborstudien zur Untersuchung der Genexpression und Proteinaktivität konnten die Forscher feststellen, wie sich MKK3-Gene direkt auf die Ruhephase auswirken.
Mehrere Versionen von MKK3 regeln die Ruhephase
Die in Science veröffentlichte Studie brachte ein entscheidendes Ergebnis zutage: Die Ruhephase wird nicht durch eine einzelne Version des MKK3-Gens kontrolliert, sondern durch mehrere Versionen. Wilde Gerste besitzt nur eine Kopie dieses Gens, während domestizierte Sorten mehrere haben. Je mehr MKK3-Gene eine Gerstenpflanze besitzt, desto stärker ist das Signal zum Keimen, was zu kürzeren Ruhezeiten führt.
Alte landwirtschaftliche Praktiken prägten die genetische Vielfalt
Die Forscher untersuchten auch, wie sich diese verschiedenen MKK3-Varianten im Laufe der Zeit als Reaktion auf klimatische Bedingungen und die Bedürfnisse der alten Bauern ausbreiteten. Bestimmte „hyperaktive“ Varianten wurden von Landwirten in Nordeuropa ausgewählt und für ihre überlegenen Malzqualitäten geschätzt. Umgekehrt wurden andere, weniger aktive Varianten, die eine höhere Ruhephase fördern, von Landwirten in feuchteren Klimazonen wie Ostasien bevorzugt, wo sie den Pflanzen halfen, der Monsunzeit standzuhalten.
Eine Zukunft mit klimaresistenter Gerste
Diese Erkenntnisse bieten modernen Züchtern die Möglichkeit, Gerstensorten zu entwickeln, die auf bestimmte Regionen und Klimazonen zugeschnitten sind. >Unsere Arbeit zeigt, dass das Verständnis der genetischen Komplexität der Ruhephase Züchtern dabei helfen kann, Gerste zu entwickeln, die sowohl produktiv als auch widerstandsfähig gegenüber dem Klimawandel ist. Durch die selektive Züchtung von Sorten mit geeigneten MKK3-Varianten können Landwirte Pflanzen anbauen, die sowohl ertragreich als auch weniger anfällig für die schädlichen Auswirkungen des Keimens vor der Ernte sind. Diese Forschung ist vielversprechend für die Verbesserung der globalen Ernährungssicherheit und die Unterstützung nachhaltiger landwirtschaftlicher Praktiken.
