Weizen (Triticum aestivum) ist der Rohstoff für Brot aller Art und bildet für rund ein Drittel der Menschheit das wichtigste Nahrungsmittel. 20 Prozent der Kalorien- und Proteinversorgung der Menschheit basiert auf Weizenprodukten – mehr als bei jedem anderen Nahrungsmittel. Zudem dient der Weizen als eine wichtige Quelle von Vitaminen und Mineralien. Doch das Getreide hat es schwer: Es reagiert empfindlich auf Trockenheit und Hitze und ganze Felder gehen durch Pilzkrankheiten wie den Weizenrost zugrunde. Verschlimmert wird die Lage zudem durch den Klimawandel. Wissenschaftler prognostizieren schon jetzt, dass sich gerade in den Weizenanbaugebieten Europas die Wetterextreme verdoppeln bis verdreifachen könnten. Umso dringender ist es daher, entsprechend widerstandsfähige Sorten zu entwickeln. Doch ohne genaue Kenntnis des Weizenerbguts ist es für Züchter schwer, gezielt und vor allem schnell die gewünschten Eigenschaften in die Zuchtstämme einzukreuzen.
Riesig und komplex
Das Problem: Das Weizengenom ist riesig und komplex. Es umfasst rund 16 Milliarden Basenpaare und ist damit fünfmal so umfangreich wie das menschliche Genom. Diese enorme Menge an Erbinformationen verteilt sich zudem auf drei Subgenome, die auf 21 Chromosomen liegen. Erschwerend kommt hinzu, dass 85 Prozent des Weizenerbguts aus sich wiederholenden Elementen bestehen. Das macht es schwer, einzelne Stücke des Genoms nach dem Sequenzieren wieder in der richtigen Reihenfolge zusammenzusetzen. “Die vollständige Sequenzierung des Genoms von Brotweizen wurde lange Zeit für unmöglich gehalten, weil es so enorm groß und komplex ist”, sagt Nils Stein vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben. Er ist Teil des aus mehr als 200 Forschenden bestehenden International Wheat Genome Sequencing Consortium (IWGSC), das sich dieser monumentalen Aufgabe dennoch gestellt hat. 13 Jahre lang benötigen die aus mehr als 20 Ländern stammenden Wissenschaftler dafür.
Jetzt ist es das Brotweizen-Genom erstmals nahezu vollständig kartiert. Die Forscher entzifferten den genetischen Code der Weizensorte “Chinese Spring” und konnten so wertvolle Einblicke in die Organisation dieses komplexen Erbguts gewinnen. Die Sequenzierung zeigt die genaue Lage und Zusammensetzung von 107.891 Genen und ihre Verteilung auf die Chromosomen und Subgenome. Zudem identifizierten die Wissenschaftler mehr als vier Millionen molekulare Marker im Erbgut und zahlreiche DNA-Abschnitte, die für die Regulation der Genaktivität beim Weizen zuständig sind. In begleitenden Analysen gelang es den Forschern bereits, viele Gene und Genkopien bestimmten Funktionen und Geweben oder Zellen zuzuordnen. Sie stellten unter anderem fest, wo genetische Schaltkreise für die Blühzeit liegen und welche Gene eine Rolle für die Widerstandskraft des Getreides gegenüber Krankheiten spielen. Auch Gene für allergieauslösende Proteine des Weizens konnten die Wissenschaftler identifizieren.
