Vor fünfzehn Jahren gaben Wissenschaftler bekannt, dass sie die Sequenzierung des menschlichen Genoms abgeschlossen haben - eine monumentale Aufgabe, die Jahrzehnte der Forschung und Milliarden von Dollar in Anspruch nahm. Danach scheint es vielleicht einfach zu sein, die Genetik einer sesshaften Pflanze abzubilden. Das war aber überhaupt nicht der Fall. Es stellt sich heraus, dass die DNA des guten alten Brotweizens der Sorte Garden ein kompliziertes Durcheinander ist, und das Knacken des Codes schien eine unmögliche Leistung zu sein - bis jetzt.
Forscher haben endlich das Weizengenom sequenziert, ein Durchbruch, der zu Innovationen wie dürreresistenten und vitaminreichen Sorten führen könnte, berichtet Ed Yong vom Atlantik.
Yong erklärt, dass das Genom von Weizen so komplex ist, weil es genetisch drei Arten in einer gibt. Vor etwa 500.000 Jahren hybridisierten zwei der grasbewachsenen Vorfahren des Weizens auf natürliche Weise zu wildem Emmerweizen. Als frühe menschliche Landwirte die Pflanze domestizierten, fügte eine andere eng verwandte Grasart dem Gemisch auch genetisches Material hinzu. Das heißt, das Genom hat drei Paare von jedem Chromosom. Dies bedeutet auch, dass Weizen im Vergleich zum menschlichen Genom mit 3 Milliarden Nukleotiden oder genetischen Buchstaben 16 Milliarden hat. Und nur ein Chromosom, sagt Yong, ist größer als das gesamte Genom der Sojabohne. Das gesamte Genom, bestehend aus 21 Chromosomen, enthält ebenfalls verwirrende Wiederholungselemente, die 85 Prozent der Sequenz ausmachen.
Der Aufwand, die Weizen-DNA zu verstehen, war genauso groß wie das Genom. Laut Elizabeth Pennisi von Science brauchten 200 Wissenschaftler aus 73 Institutionen in 20 Ländern (auch bekannt als International Wheat Genome Sequencing Consortium) über 13 Jahre und 75 Millionen US-Dollar, um Weizen zu knacken. Letztendlich enthält das neue, vollständig annotierte Referenzgenom, das in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde, die genaue Position von 107.891 Genen und 4 Millionen molekularen Markern einer Brotweizensorte namens Chinese Spring.
Rudi Appels, ein Molekularbiologe bei Agriculture Victoria in Australien, der Teil des Konsortiums ist, sagt, dass zu Beginn des Projekts viele Leute glaubten, die Sequenzierung sei unmöglich. Aber Zeit und Technologie haben das Projekt Wirklichkeit werden lassen. "Ich dachte, Weizen hätte es verdient, so genau wie das menschliche Genom definiert zu werden, und dann hat sich die Technologie wirklich enorm entwickelt", erzählt er Melissa Davey von The Guardian. "Plötzlich schien das, was einst buchstäblich unmöglich war, erreichbar zu sein, und ich wollte dabei sein und neue Technologien einfangen, wenn sie durchkamen."
Das Züchten von Weizen mit traditionellen Methoden ist aufgrund der komplexen Genetik der Pflanze bekanntermaßen schwierig geworden. Das neue Referenzgenom liefert Forschern eine Roadmap zur Verbesserung der Pflanze. Erste Entwürfe des Genoms haben bereits die Weizenforschung in Schwung gebracht. "Was uns in der Vergangenheit Jahre gekostet hat, dauert jetzt eine Nacht", sagt Jorge Dubcovsky von der University of California in Davis gegenüber Pennisi. "Es ist wie ein Spaziergang mit einer Google-Karte."
Forscher am John Innes Centre in Norwich, Großbritannien, haben das Genom bereits zur Identifizierung von Genen für die Korngröße verwendet. Mithilfe der CRISPR-Gen-Editing-Technologie konnten sie Weizen mit 20 Prozent größeren Körnern als normal produzieren. Andere Teams nutzen das Genom, um Sorten zu produzieren, die nicht im Boden überwintern müssen, um zu keimen. Andere untersuchen die Gene, die Weizen weniger anfällig für Insekten machen. Die Forscher untersuchen auch die Gene, die allergieauslösende Proteine produzieren, in der Hoffnung, hypoallergenen Weizen zu züchten.
Die Sequenzierung, wie schwierig sie auch sein mag, war notwendig. Viele Landwirte haben das Projekt frühzeitig unterstützt - und das aus gutem Grund. Derzeit macht Weizen etwa 20 Prozent aller auf der Erde verbrauchten Kalorien aus. Wenn die Bevölkerung weiter wächst, müssen die Landwirte jedes Jahr mehr produzieren, um die Menschheit bis 2050 zu unterstützen. Aber die Umwandlung von Millionen Morgen in Ackerland ist kostspielig und hätte enorme Umweltfolgen. Das bedeutet, dass die Gewinne vom Weizen selbst kommen müssen, durch bessere Sorten und eine härtere Beständigkeit gegen die Elemente und Insekten.
Die Hoffnung, dass das Genom nun da draußen ist, ist, dass Weizen einige der innovativen Booms erleben wird, die andere Kulturen erlebt haben, einschließlich Mais, dessen Genom 2009 veröffentlicht wurde, und Reis, der 2005 fertiggestellt wurde.
