Eine neue Analysemethode bringt die Untersuchung von Weizenähren auf Trockenheits- und Hitzetoleranz voran. Die Methode basiert auf Computertomographie (CT) und ist automatisiert. Dadurch können große Mengen an Weizenähren in kurzer Zeit sehr genau analysiert werden. Das ist wichtig, um jene Gene zu identifizieren, welche die Anpassung der Pflanzenzucht an den Klimawandel ermöglicht.
Der Klimawandel gefährdet den Ernteertrag und damit die Ernährung der Weltbevölkerung. Die Pflanzenzucht hat Mittel, die Pflanzen an neue Klimaverhältnisse anzupassen. Grundlage ist jedoch eine genaue Analyse der Kornertragskomponenten entlang einzelner Weizenähren. Nur so können die für den Kornertrag und die Stresstoleranz verantwortlichen Gene identifiziert werden.
Die neue Analysemethode löst ungenaue und zeit- und kostenaufwändige Verfahren ab. In Feldversuchen werden Daten bisher durch grobes maschinelles Dreschen gewonnen, das allerdings zu Verlust und Zerstörung von Samen führt.
In Gewächshausversuchen können Daten oft nur durch mühsames, kostspieliges und zeitaufwändiges Dreschen von Hand und durch manuelle Messungen gewonnen werden.
Robust, schnell und genau
Die neue Analysemethode liefert ein robustes, schnelles und genaues System zur Analyse der Weizenähren – und soll den Züchtungsprozess von Pflanzen, die besser an den Klimawandel angepasst sind, beschleunigen. Außerdem können einige Getreidemerkmale automatisch analysiert werden, bei denen dies manuell bisher nur schwer oder gar nicht möglich war.
Die Analysemethode wurde in einer Zusammenarbeit zwischen der School of Agriculture, Food and Wine der Universität Adelaide und dem Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT des Fraunhofer IIS entwickelt.
Bestimmung der Korneigenschaften
Laut Hauptautorin der Studie, Dr. Jessica Schmidt von der Universität Adelaide, ermöglicht die Analysemethode die Bestimmung selbst kleinster Unterschiede in den Korneigenschaften. Dadurch kann man eine viel größere Anzahl von genetisch unterschiedlichen Pflanzen vergleichen. Das ist wichtig, um jene genomischen Regionen und Stressmechanismen zu identifizieren, die für die Anpassungsfähigkeit der Pflanzen an den Klimawandel verantwortlich sind.
Die Methode ermöglicht auch die Analyse von Merkmalen, die bisher entweder sehr schwer und/oder zeitaufwändig zu ermitteln waren, wie Korngröße, Kornmorphologie und Korngewicht entlang der Ähre. Das sind jedoch relevante Größen, wenn Stress zu verschiedenen Zeitpunkten der Entwicklung auftritt. Das zeigte die Beobachtung von Arten von Saatgutmorphologien die durch Trockenheits- und Hitzestress verursacht wurden, aber nie kategorisiert oder analysiert werden konnten.
Automatisierbare Analysemethode
Dr. Bettina Berger, die wissenschaftliche Direktorin der Zweigstelle der Australian Plant Phenomics Facility in Adelaide, verweist auf die Automatisierbarkeit der Methode. Diese ermöglicht es, eine große Anzahl von Weizenähren in kurzer Zeit und mit hoher Auflösung zu messen. Großangelegte genetische Studien und Zuchtprogramme erfordern die jährliche Analyse von Hunderttausenden von Weizenähren.
Joelle Claußen vom Fraunhofer IIS brachte ihre Expertise in der Computertomographie ein. Technische Herausforderung war es, die in der Medizin gut etablierte Technik für die Phänotypisierung von Pflanzen anzupassen. Sie und ihr Team konnten ein System entwickeln, das ein viel schnelleres Scannen ermöglicht – sowie die Rekonstruktion der morphologischen Veränderungen, die für Weizen unter Stress charakteristisch sind. Mit dieser Analysemethode können Sorten im Hinblick auf den Ernteertrag und die Anpassungsfähigkeit an den Klimawandel schnell und genau bewertet werden.
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