Weniger Pflanzenschutzmittel, aber steigender Ertrag mit hoher Qualität? Solche Herausforderungen wollen Forscher mit digitalen Methoden lösen: DNA-Analysen lassen früh positive Pflanzeneigenschaften erkennen.
Die Digitalisierung betrifft nicht allein Industriebetriebe und Verwaltungsbehörden, auch Pflanzenzüchter sind zunehmend mit digitalen Werkzeugen konfrontiert. Seit man genetische Fingerabdrücke erstellen kann, boomt das sogenannte Genotyping in der Pflanzenforschung und Agrarwissenschaft. „Die gleichen genetischen Methoden, die man aus dem ,Tatort‘, der Forensik oder der Medizin kennt, verwenden auch Pflanzenzüchter“, erklärt Hermann Bürstmayr vom Department für Agrobiotechnologie der Boku, das am IFA-Tulln beheimatet ist. Während in der Forensik mittels DNA ein Verbrecher gesucht wird, gehen Pflanzenforscher umgekehrt vor. „Wir arbeiten vorbeugend“, betont Bürstmayr: „Wir nutzen den genetischen Fingerabdruck von Kulturpflanzen, um positive Eigenschaften vorhersehen zu können.“
Was in der klassischen Züchtung sehr zeitaufwendig mit Feldversuchen und Prüfungen im Glashaus getestet wird, können digitale Methoden der Genetik heute quasi auf Knopfdruck liefern: Welche Keimlinge werden voraussichtlich weniger Pflanzenschutzmittel brauchen, weil ihre Gene Resistenzen gegen Krankheiten aufweisen? Welche Züchtungen sind widerstandsfähiger gegen Trockenheit und Hitze, was vor allem in Zeiten des Klimawandels wichtig ist?
Die Forscher der Boku sind solchen Fragen schon lang auf der Spur, Bürstmayrs Gruppe ist auf Weizen spezialisiert. „Wir können mit genetischen Fingerabdrücken komplexe Eigenschaften vorhersagen wie Nährstoffeffizienz, Ertragsleistung oder Qualitätseigenschaften“, sagt der Biotechnologe.
Forschung erreicht das Feld
In Kooperation mit österreichischen Saatgut-Unternehmen kommen die Ergebnisse der Wissenschaft auch direkt auf dem Feld an und können auf andere Kulturpflanzen wie die Sojabohne übertragen werden. „Manche Vorhersagen sind abhängig von der Region: Nicht alles, was wir an heimischen Pflanzen herausfinden, gilt auch für dieselbe Sorte in Amerika, weil es eine starke Genotyp-Umwelt-Interaktion gibt, man also lokale Adaptierungen an das jeweilige Zuchtgebiet beachten muss“, erklärt Bürstmayr. Geht es aber um die Funktion einzelner Gene im Pflanzengenom, kann man Wissen aus den USA sehr wohl in Österreich nutzen und umgekehrt: „Ein Gen, das zum Beispiel resistent macht gegen Mehltau, kann überall auf der Welt wirken.“
Als zweiter großer Bereich, in dem digitale Werkzeuge in der Pflanzenzucht boomen, gilt die „Phänotypisierung“, bei der das optische Erscheinungsbild von Pflanzen vermessen und analysiert wird. „Ich sag immer, ein Züchter nutzt einen hochauflösenden 3-D-Scanner, wenn er über das Feld blickt, nämlich seine zwei Augen“, scherzt Bürstmayr. In jüngerer Vergangenheit wurden diese menschlichen Scanner aber von digitalen Geräten unterstützt, die aus der Luft (Drohnen) oder vom Boden aus Bilder liefern. Diese können auch in Infrarot und anderen für uns unsichtbaren Bereichen Informationen sichtbar machen, damit neue Sorten mit gewünschten Eigenschaften schneller erkannt werden.
„In diesem Forschungsbereich machen wir an der Boku nun erste Schritte“, erzählt Bürstmayr. Die Ausrüstung mit Drohnen, Kameras und Auswertungssoftware soll heuer erstmals für die Forschung in Niederösterreich zum Einsatz kommen.
LEXIKON
Digital Breeding ist diesmal das Thema des Internationalen Symposiums der Gesellschaft für Pflanzenzüchtung und Saatgut Austria, das erstmals in Österreich stattfindet, u. a. gefördert vom Land Niederösterreich. Von 11. bis 13. Februar diskutieren Pflanzenforscher am Campus Tulln, wie man mit digitalen Methoden Herausforderungen wie Klimawandel und Ernährung der Weltbevölkerung begegnen kann.
("Die Presse", Print-Ausgabe, 08.02.2020)