Gerste ist ein Grundnahrungsmittel mit vielfältigen Einsatzmöglichkeiten: Sie dient als Nahrungsquelle, als Viehfutter und als Zutat für die Malzbrauerei. Ursprünglich vor etwa 2.000 Jahren aus China und der koreanischen Halbinsel verbreitet, waren alle japanischen Gerstensorten bis in die 1880er Jahre sechsreihig und wurden für die menschliche Ernährung verwendet.
Nach der kulturellen Aufklärung der Meiji-Zeit musste Japan eine eigene heimische Brauerei eröffnen. Um Rohstoffe für die aufstrebende Bierindustrie zu liefern, wurden aus dem Westen zweireihige Biergerstensorten als genetische Ressourcen eingeführt. Um sich an das raue Klima und die endemischen Krankheiten in Japan anzupassen, wurde mit der Züchtung neuer Biergerstensorten begonnen. In letzter Zeit hat das Gerstengelbmosaikvirus (BaYMV) die Gerstenkulturen in Japan vernichtet.
Die meisten japanischen sechsreihigen Gerstensorten sind entweder resistent oder mäßig resistent gegen BaYMV. Leider sind die neu eingeführten westlichen zweireihigen Sorten sehr anfällig für diese Krankheit. Gene, die Resistenz gegen BaYMV verleihen, wie z. B. Resistenz gegen gelbes Mosaik 5 (rym5) und rym3, wurden routinemäßig zur Züchtung BaYMV-resistenter Gerstensorten verwendet.
Solche Sorten eignen sich auch wirtschaftlich für den Ackerbau und weisen akzeptable Malzeigenschaften auf.
Es gab jedoch Bedenken, dass die intensive Züchtung BaYMV-resistenter zweireihiger Braugerstensorten deren genetische Vielfalt verringert haben könnte. Professor Shin Taketa vom Institut für Pflanzenwissenschaften und Ressourcen der Universität Okayama und Dr. Keiichi Mochida vom RIKEN Center for Sustainable Resource untersuchten die Vielfalt zweier eng verwandter moderner japanischer Braugerstensorten, „Sukai Golden“ und „Sachiho Golden“. Science analysierte zusammen mit Professor Shunsuke Yajima vom NODAI Genome Research Center der Tokyo University of Agriculture, Dr. Hidekazu Takahashi von den Lebensmittel- und Agrarwissenschaften der Fukushima University und Dr. Toshinori Sotome von der Tochigi Prefectural Agricultural Experiment Station die Genexpression und Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) durch Sequenzierung von RNAs aus 20 Tage alten unreifen Samen.
Die Ergebnisse ihrer Die Studie wurde online veröffentlicht in Zuchtwissenschaft. Die RNA-Sequenzierung ist eine wirksame Methode, um schnell vollständige Genexpressionsprofile und genomweite Daten zu SNPs zu erhalten, bei denen es sich um Einzelbasenvarianten in der DNA handelt, die manchmal der Grund für Unterschiede in der Krankheitsanfälligkeit zwischen Populationen sein können.
Ihre Analysen zeigten, dass diese beiden japanischen Sorten einzigartige und gegensätzliche Merkmale in Bezug auf die Malzqualität und das/die BaYMV-Resistenzgen(e) aufwiesen. Bemerkenswerterweise entdeckten die Forscher 2.419 Sukai Golden-spezifische und 3.058 Sachiho Golden-spezifische SNPs – eine hohe SNP-Zahl im Vergleich zu den Genomsequenzen von zwei Referenzsorten. Bei der Diskussion ihrer Ergebnisse:
Prof. Taketa fügt hinzu: „Diese Studie hat wichtige Spuren der Verbesserung der japanischen Gerste entdeckt, die in den Genomen zweier hochwertiger moderner Sorten verankert sind. Die Züchtung japanischer Biergerste begann vor etwa 150 Jahren mit der Einführung hochwertiger westlicher Biergerste. Die heiße und feuchte japanische Klima und bodenübertragende Viruskrankheiten behinderten die Entwicklung einer für Japan geeigneten Biergerste. Westliche Biergerstensorten mussten zwangsläufig mit virusresistenter ostasiatischer Gerste gekreuzt werden, obwohl letztere unerwünschte Brauqualitätsmerkmale aufwiesen. Abwägung von Viruskrankheitsresistenz und Malzqualität war extrem schwierig.“
In „Sukai Golden“ wurden zwei SNP-Cluster entdeckt, die den Einbau des BaYMV-Resistenzgens rym5 am langen Arm von 3H bzw. des Anthocyan-freien ant2-Gens am langen Arm von 2H zeigen. In ähnlicher Weise wurde das Resistenzgen rym3 von „Haganemugi“ auf die proximale Region von 5H kartiert. Die Haplotypanalyse der Vorläufer der beiden modernen Braugerstensorten ergab, dass dieses spezielle rym3-Gen unabhängig in „Sukai Golden“ und „Sachiho Golden“ eingeführt wurde. Diese Untersuchung der unreifen Samentranskriptome von zwei Elite-Braugerstensorten Japans könnte wichtige Erkenntnisse zur Verbesserung liefern Saatgutqualität und Resistenz gegen BaYMV.
Dementsprechend kommt Prof. Taketa zu dem Schluss: „Wir wissen, dass wiederholte Kreuzungen und strenge Auswahl der Gerstensorten eine Anpassung an die raue japanische landwirtschaftliche Umgebung ermöglichten. Auf diese Weise wurden in den letzten 150 Jahren hochwertige moderne japanische Biergerstensorten entwickelt.“ Dank der intensiven Bemühungen sowohl öffentlicher als auch privater Züchter entwickeln sie sich immer noch für die Zukunft weiter.“
Zusammenfassend unterstreicht diese Studie die zentrale Rolle der Gerstenforschung beim Vorschlag langfristig wirksamer Maßnahmen, um zu verhindern, dass die Resistenzgene der Gerste gegen verschiedene Virusstämme unwirksam werden. Pflanzengenetiker sollten wirksame Strategien für die dauerhafte Nutzung begrenzter Virusresistenz-Genquellen entwickeln.
Mehr Informationen:
Shin Taketa et al., Genomische Spuren japanischer Braugerstenzüchtung in zwei modernen Qualitätssorten, „Sukai Golden“ und „Sachiho Golden“, Zuchtwissenschaft (2023). DOI: 10.1270/jsbbs.23031