Einem internationalen Team ist es gelungen, einen kommerziellen Hybrid-Reisstamm als Klon durch Samen mit 95-prozentiger Effizienz zu vermehren. Dies könnte die Kosten für Hybridreissaatgut senken und ertragreiche, krankheitsresistente Reissorten für Landwirte mit niedrigem Einkommen weltweit verfügbar machen. Die Arbeit wurde am 27. Dezember in veröffentlicht Naturkommunikation.
Hybride von Nutzpflanzen der ersten Generation zeigen oft eine höhere Leistung als ihre Elternstämme, ein Phänomen, das als Hybridvitalität bezeichnet wird. Dies bleibt jedoch nicht bestehen, wenn die Hybriden für eine zweite Generation zusammengezüchtet werden. Wenn Landwirte also leistungsstarke Hybridpflanzensorten verwenden möchten, müssen sie jede Saison neues Saatgut kaufen.
Reis, das Grundnahrungsmittel für die Hälfte der Weltbevölkerung, ist relativ kostspielig als Hybrid für eine Ertragssteigerung von etwa 10 Prozent zu züchten. Dies bedeutet, dass die Vorteile von Reishybriden viele Landwirte weltweit noch nicht erreicht haben, sagte Gurdev Khush, emeritierter außerordentlicher Professor am Department of Plant Sciences an der University of California, Davis. Khush arbeitete von 1967 bis zu seiner Pensionierung an der UC Davis im Jahr 2002 am International Rice Research Institute und leitete die Bemühungen, neue Reissorten mit hohem Ertrag zu entwickeln, für die er 1996 den Welternährungspreis erhielt.
Eine Lösung dafür wäre, Hybriden als Klone zu vermehren, die ohne weitere Züchtung von Generation zu Generation identisch bleiben würden. Viele Wildpflanzen können Samen produzieren, die Klone ihrer selbst sind, ein Prozess, der als Apomixis bezeichnet wird.
„Sobald Sie die Hybride haben und Apomixis induzieren können, können Sie sie jedes Jahr pflanzen“, sagte Khush.
Es hat sich jedoch als schwierig erwiesen, Apomixis auf eine Hauptkulturpflanze zu übertragen.
Ein Schritt zu geklonten Hybridsamen
Im Jahr 2019 erreichte ein Team unter der Leitung von Professor Venkatesan Sundaresan und Assistant Professor Imtiyaz Khanday an den UC Davis Departments of Plant Biology and Plant Sciences Apomixis in Reispflanzen, wobei etwa 30 Prozent der Samen Klone waren.
Sundaresan, Khanday und Kollegen in Frankreich, Deutschland und Ghana haben jetzt eine klonale Effizienz von 95 Prozent unter Verwendung eines kommerziellen Hybridreisstamms erreicht und gezeigt, dass der Prozess über mindestens drei Generationen aufrechterhalten werden kann.
Der einstufige Prozess beinhaltet die Modifikation von drei Genen namens MiMe, die bewirken, dass die Pflanze von der Meiose, dem Prozess, den Pflanzen zur Bildung von Eizellen verwenden, zur Mitose wechselt, bei der sich eine Zelle in zwei Kopien ihrer selbst teilt. Eine weitere Genmodifikation induziert Apomixis. Das Ergebnis ist ein Samen, der zu einer Pflanze heranwachsen kann, die genetisch mit ihrem Elternteil identisch ist.
Die Methode würde es Saatgutunternehmen ermöglichen, Hybridsaatgut schneller und in größerem Maßstab zu produzieren und Saatgut bereitzustellen, das die Landwirte aufbewahren und von Saison zu Saison neu anpflanzen könnten, sagte Khush.
„Apomixis in Kulturpflanzen ist seit über 30 Jahren das Ziel weltweiter Forschung, weil es die hybride Saatgutproduktion für jedermann zugänglich machen kann“, sagte Sundaresan. „Die daraus resultierende Ertragssteigerung kann dazu beitragen, den globalen Bedarf einer wachsenden Bevölkerung zu decken, ohne den Verbrauch von Land, Wasser und Düngemitteln auf ein unhaltbares Niveau steigern zu müssen.“
Die Ergebnisse könnten auf andere Nahrungspflanzen angewendet werden, sagte Sundaresan. Insbesondere Reis ist ein genetisches Modell für andere Getreidearten wie Mais und Weizen, die zusammen die wichtigsten Grundnahrungsmittel für die Welt darstellen.
Khush erinnerte daran, dass er 1994 eine Konferenz über Apomixis in der Reiszüchtung organisiert hatte. Als er 2002 an die UC Davis zurückkehrte, gab er Sundaresan eine Kopie der Konferenzunterlagen.
„Es war ein langes Projekt“, sagte er.
Mehr Informationen:
Aurore Vernet et al, Synthetische Hochfrequenz-Apomixis in Hybridreis, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35679-3