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Wir wollen anhand bestimmter Getreidesorten Strategien entwickeln, um die Widerstandsfähigkeit und insbesondere die Trockenheitstoleranz von Mais und Teff zu verbessern. Das ist wichtig, weil wir unter den negativen Auswirkungen des Klimawandels eine deutliche Zunahme von Dürreperioden erwarten, die wiederum zu Ertragseinbußen führen werden.
Es handelt sich um Mais, Teff und Eragrostis nindensis, die im Gegensatz zu den ersten beiden eine Wildpflanze ist und nicht kultiviert wird. Die Wahl fiel auf Mais, da es sich hierbei um die weltweit am häufigsten angebaute Getreideart handelt, die jedoch sehr empfindlich auf Trockenheit reagiert und diese der Hauptgrund für den weltweiten Rückgang der Maiserträge ist. Die zweite Getreideart ist Teff, ein Getreide, das fast ausschließlich am Horn von Afrika angebaut wird und dort ein Grundnahrungsmittel ist. Teff wird auch außerhalb Äthiopiens immer beliebter, da es als Superfood gilt, weil es sehr ballaststoffreich und zudem glutenfrei ist. Es ist trockenheitsresistenter als Mais, muss aber trotzdem bewässert werden. Die dritte Art schließlich ist Eragrostis nindensis, auch love grass genannt, das dem Teff genetisch sehr ähnlich ist. Diese Getreideart wächst wild im Süden des afrikanischen Kontinents, z. B. in Südafrika und Namibia, und ist eine so genannte resurrection plant, d. h. eine der Pflanzen, die nur wenige Tropfen Wasser benötigen, um „wiederaufzuerstehen“, auch wenn sie abgestorben zu sein scheint. Mit anderen Worten: Eragrostis nindensis ist eine extrem trockenheitstolerante und sogar austrocknungstolerante Pflanze, das heißt, sie kann überleben oder „wiederauferstehen“, selbst wenn sie 95 Prozent ihres Wassers verloren hat.
Weil wir durch ihren Vergleich verstehen können, was Teff und Eragrostis nindensis trockenheitstoleranter macht, aber nicht nur. Wir fragen uns, ob es möglich ist, die genetischen Eigenschaften dieser Pflanzen auf Mais zu übertragen, um diesen dürretauglicher zu machen. Diese so genannten Waisenkulturen sind gegenüber einer Reihe von Stressfaktoren widerstandsfähiger, was jedoch zwangsläufig mit einer sehr geringen Produktivität verbunden ist. Daher könnte die Weitergabe einiger ihrer Eigenschaften an Mais dessen Produktivität verringern. Mit diesem Projekt wollen wir die Hypothese von Robert VanBuren, Professor an der Michigan State University, der ebenfalls am Projekt beteiligt ist, unter Beweis stellen. Seinen Untersuchungen zufolge ist die geringe Produktivität von Waisenkulturen auch auf historische und kulturelle Aspekte zurückzuführen, die eine Produktivitätssteigerung nicht begünstigt haben. Wenn dies der Fall wäre, würde die Weitergabe einiger seiner Eigenschaften auf Mais die Produktivität nicht unbedingt wesentlich verringern.
Wir wollen genetische Kombinationen weitergeben und sehen, ob wir eine größere Trockenheitstoleranz erreichen können, ohne den Maisertrag zu sehr zu verringern. Denn eine widerstandsfähigere Pflanze mit sehr geringer Produktivität wäre nicht sinnvoll. Was den genetischen Ansatz betrifft, wollen wir uns nicht nur auf die Gene konzentrieren, die an der Reaktion auf Trockenheit beteiligt sind, sondern auch die Funktion der bisher wenig untersuchten nicht-kodierenden genetischen Sequenzen identifizieren, die den Ertrag der Pflanze unter Trockenheitsbedingungen bestimmen. Wir wollen eine Methode anwenden, um insbesondere jene Regionen zu analysieren, die für den größten Teil der genetischen Variabilität im Zusammenhang mit der Variation des Phänotyps verantwortlich sind. Dabei handelt es sich nicht um die Gene selbst, sondern um Regionen, die die Genausprägung regulieren. Die gewonnenen Informationen sollen nach Abschluss des Projekts dazu dienen, die natürliche genetische Vielfalt besser zu nutzen, um gezielte und effiziente Zuchtverfahren für trockenheitstolerante Genotypen zu entwerfen.
Das Projekt umfasst die Entwicklung von zwei völlig neuartigen Biostimulanzien: Das erste ist ein seaweed extract, das aus im Atlantik wachsenden Algen gewonnen wird. Biostimulanzien dieser Art werden bereits bei vielen Nutzpflanzen eingesetzt, u. a. zur Verbesserung der Trockenheitstoleranz, wurden aber noch nicht ausreichend bei Getreide getestet. Die zweite Methode basiert auf dem Mikrobiom der Wurzeln, der Rhizosphäre und der Endosphäre. Diese Mikroorganismen gehen eine Symbiose mit der Pflanze ein, profitieren von ihr und stärken sie im Gegenzug, indem sie ihr eine größere Toleranz gegenüber einer Reihe von Stressfaktoren verleihen. Wir wollen Bodenproben von Pflanzenwurzeln in kultivierten, aber auch in nicht kultivierten Böden, insbesondere in Gebieten, in denen Eragrostis nindensis wächst, nehmen und untersuchen. Denn diese Pflanzen haben möglicherweise ein Mikrobiom, das eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Trockenheitstoleranz spielt. Kurz gesagt geht es darum, eine Mischung aus Algen, diesem seaweed extract und einer Mischung aus Mikroorganismen herzustellen, die vor der Aussaat auf das Saatgut aufgetragen oder kurz vor dem Auftreten von Stress auf die Blätter gesprüht werden kann.
Aber das ist noch nicht alles. Denn die Wirkungsmechanismen der Biostimulanzien sind bis heute nicht vollständig geklärt. Deshalb ist es eines der innovativsten Ziele dieses Projekts, die so genannte mode of action dieser Biostimulanzien zu untersuchen. Wenn die mode of action geklärt ist, kann man etwas maßgeschneiderter vorgehen. Bei Medikamenten ist es ähnlich: Wenn man nicht weiß, wie ein Medikament wirkt, ist es schwierig, es dort zu verschreiben, wo es besonders nützlich sein könnte.
Ja, genau. Das Projekt beinhaltet aber auch ein Life-Cycle Assesment, um die Auswirkungen dieser neuen Biostimulanzien zu bewerten, denn es ist nicht sicher, dass etwas, nur weil es natürlich ist, nicht auch schädlich sein kann.
Ja, in europäischen Projekten muss heute auch der TRL, der Technology Readiness Level, gemessen werden. Die Idee ist, am Ende des Projekts, also im April 2027, Produkte zu haben, die bereits in der Umwelt getestet wurden.
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