Ein internationales Forscherteam hat das Genom einer klimaresistenten Bohne vollständig sequenziert, die die Ernährungssicherheit in dürregefährdeten Regionen stärken könnte.
Die Sequenzierung der Hyazinthenbohne oder „Lablabbohne“ [Lablab purpureus] ebnet den Weg für einen breiteren Anbau der Nutzpflanze und bringt ernährungsphysiologische und wirtschaftliche Vorteile sowie die dringend benötigte Vielfalt in das globale Ernährungssystem.
Die Pflanze ist in Afrika beheimatet und wird in den gesamten Tropen angebaut, wo sie sehr nahrhafte Bohnen produziert, die als Lebensmittel und Viehfutter verwendet werden. Es ist extrem trockenheitsresistent und gedeiht in einer Reihe von Umgebungen und Bedingungen, trägt zur Ernährungs- und Wirtschaftssicherheit bei und verbessert die Bodenfruchtbarkeit, indem es Stickstoff bindet. Lablab wird in einigen Bereichen auch medizinisch eingesetzt und enthält bioaktive Verbindungen mit pharmakologischem Potenzial.
Die Anpassungsfähigkeit der Pflanze deutet auf eine hohe genetische Vielfalt hin, was bedeutet, dass es möglich ist, verschiedene adaptive Genotypen für verschiedene Umgebungen und klimatische Herausforderungen auszuwählen. Aber das Potenzial von lablab zur genetischen Verbesserung, um seine Produktivität zu steigern und einen breiteren Anbau zu ermöglichen – insbesondere in dürregefährdeten Gebieten – muss noch voll ausgeschöpft werden.
„Wenn es um die Bewertung einer Ernte geht, konzentrieren sich die Menschen oft auf ihren globalen Marktwert in US-Dollar“, sagte Chris Jones, Programmleiter für Futter- und Futtermittelentwicklung am International Livestock Research Institute (ILRI) mit Sitz in Kenia und einer der Hauptautoren einer neuen Studie in Naturkommunikation die die Ergebnisse der Arbeit teilt.
„Für Landwirte, die Schwierigkeiten haben, genug Nahrung zu produzieren, ist der Wert einer Nutzpflanze wie Lablab jedoch unglaublich hoch. Obwohl sie im Vergleich zu großen Nutzpflanzen möglicherweise in kleinerem Maßstab angebaut wird, kann ihre Auswirkung auf die Ernährungssicherheit erheblich sein, und wir müssen es tun erkenne das.“
Wichtige genetische Merkmale
Die Forscher identifizierten die genomische Position wichtiger agronomischer Merkmale in Bezug auf Ertrag und Samen-/Pflanzengröße. Sie dokumentierten die Organisation der Trypsin-Inhibitor-Gene, die beim Menschen ein Schlüsselenzym im Verdauungsprozess hemmen. Dies bietet Möglichkeiten für eine gezielte Züchtung, um diese ernährungsfeindlichen Eigenschaften zu reduzieren.
Sie verfolgten auch die Geschichte der Domestikation von Lablab und bestätigten, dass dies parallel an zwei verschiedenen Orten stattfand. Mark Chapman, ein weiterer Hauptautor der Studie und außerordentlicher Professor an der University of Southampton, sagte: „Dies ist eine aufregende Erkenntnis und öffnet die Tür für die Untersuchung, ob sich agronomische Merkmale mehr als einmal unter Verwendung derselben Gene entwickeln können oder ob sie unterschiedlich sind Wege können sich weiterentwickeln, um das gleiche Ergebnis zu erzielen. Zusammengefasst bieten diese Informationen eine wertvolle Ressource für die genetische Verbesserung.“
Diversifizierung des globalen Ernährungssystems
Die Lablab-Bohne gehört zu einer langen Liste von „verwaisten Feldfrüchten“: einheimische Arten, die eine wichtige Rolle für die lokale Ernährung und den Lebensunterhalt spielen, denen jedoch von Züchtern und Forschern wenig Aufmerksamkeit geschenkt wird.
Die drei Hauptkulturen, die derzeit über 40 Prozent der weltweiten Kalorienaufnahme liefern – Weizen, Reis und Mais – erhalten den Großteil der Züchtungs- und Verbesserungsbemühungen. Bei so wenig Vielfalt im Pflanzenanbau ist das globale Ernährungssystem anfällig für ökologische und soziale Instabilitäten. Ungenutzte Nutzpflanzen wie Lablab sind der Schlüssel zu diversifizierten und klimaresistenten Ernährungssystemen, und genomgestützte Züchtung ist eine vielversprechende Strategie zur Verbesserung ihrer Produktivität und Akzeptanz.
Oluwaseyi Shorinola, ein weiterer Hauptautor der Studie vom International Livestock Research Institute (ILRI) – und Gastwissenschaftler am John Innes Centre im Vereinigten Königreich – sagte: „Die erste grüne Revolution wurde mit wichtigen Nutzpflanzen wie Weizen und Reis erreicht. Waisenpflanzen wie Lablab könnten den Weg für die nächste grüne Revolution ebnen.“
Afrikanisch geführte Forschung
Auch der Forschungsprozess selbst war wegen seiner Inklusivität bahnbrechend. „Obwohl in den letzten Jahren viele afrikanische einheimische Pflanzen sequenziert wurden, waren afrikanische Wissenschaftler in den meisten dieser Arbeiten unterrepräsentiert, und wenn wir beteiligt waren, saßen wir auf dem Rücksitz“, sagte Meki Shehabu, ein weiterer Co-Autor der Studie und Wissenschaftler am ILRI in Äthiopien. „Das Besondere an diesem Projekt ist, dass es von afrikanischen Wissenschaftlern in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern internationaler Institute geleitet wird.“
Um dies zu erreichen, musste das Projekt kontextuelle Einschränkungen wie den relativen Mangel an Sequenziereinrichtungen und Hochleistungsrechnerinfrastruktur auf dem Kontinent sowie die erforderlichen Bioinformatikkapazitäten überwinden. Die Forscher gingen diese Herausforderungen an, indem sie neue kostengünstige tragbare Sequenzierungsplattformen verwendeten, einen tiefgreifenden Kapazitätsaufbau durchführten (einschließlich einer achtmonatigen Bioinformatik-Schulung in Afrika) und sorgfältig daran arbeiteten, eine gleichberechtigte internationale Zusammenarbeit zu erleichtern.
Mit Blick auf die Zukunft geht das Team davon aus, dass die Ressource die genetische Verbesserungsarbeit an Lablab – und anderen unzureichend genutzten einheimischen Pflanzen – inspirieren wird, mit dem Ziel, die Verfügbarkeit von Nahrungs- und Futtermitteln auf dem afrikanischen Kontinent und darüber hinaus zu erhöhen.
Mehr Informationen:
Isaac Njaci et al, Genomassemblierung auf Chromosomenebene und populationsgenomische Ressource zur Beschleunigung der Lablab-Züchtung von Waisenpflanzen, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-37489-7