Moderne Maispflanzen sind das Ergebnis von über 9.000 Jahren gezielter Pflanzenzucht. Die Urform sämtlicher heutiger Maissorten ist die eher buschige Pflanzengattung Teosinte, deren Ähren einst deutlich kleiner waren und nur ein Dutzend Körner aufwiesen. Durch wiederholte Auswahl und Kreuzung sind Maiskolben heute wesentlich fülliger. „Wir wissen, dass sich das Aussehen der Pflanzen in dieser Zeit stark veränderte und zum Beispiel die Kolben größer und ertragreicher wurden“, erklärt Frank Hochholdinger von der Universität Bonn. Heute zählt Mais zu den wichtigsten Kulturpflanzen und wächst auf allen Kontinenten – unter den verschiedensten Bedingungen. Doch welche Eigenschaften entscheiden über die Anpassung einer Maissorte an ihren Standort? Und welche Rolle spielen dabei die Wurzeln?
Welche Wurzelformen überwiegen?
Dieser Frage ist nun eine Forschungsgruppe um Hochholdinger und Erstautor Peng Yu von der Universität Bonn nachgegangen. Dafür untersuchten die Biologen das Wurzelwachstum von rund 9.000 Mais- und 170 Teosinte-Sorten, indem sie die Form der frühen Wurzeln etwa 14 Tage nach Keimung der Samen verglichen. Dabei zeigte sich, dass sich die Wurzeln von Teosinten und kultivierten Maissorten stark unterschieden. „Bei Mais finden wir kurz nach der Keimung oft sogenannte Seminalwurzeln – bei manchen Sorten zehn oder mehr“, sagt Yu. Diese Tiefenwurzeln ermöglichen es dem Keimling, sehr schnell große Nährstoffmengen aus der Erde zu erschließen. Mais hat dadurch einen Startvorteil gegenüber Teosinten, die keine oder nur wenige Seminalwurzeln bilden, wie die Forschenden erklären.
Die Zahl der Seminalwurzeln ist allerdings je nach Maissorte ebenfalls sehr unterschiedlich: Sorten, die an trockene Gebiete angepasst sind, bilden deutlich weniger Seminal- und dafür mehr Seitenwurzeln, die wie Äste entlang der Hauptwurzel abstehen. Diese Wurzelformen vergrößern die Wurzeloberfläche und sind dadurch für die Wasseraufnahme besonders hilfreich, wie Yu und seine Kollegen berichten. Sie schließen daraus, dass die Züchter in dürregeplagten Regionen in der Vergangenheit unbewusst auf diesen Wurzelaufbau hin selektiert haben, so dass trockenresistente Maissorten heute mehr Seitenwurzeln aufweisen.
Gentechnik könnte neue dürreresistente Maissorten liefern
Doch welche Erbanlagen sind für die Form der Wurzeln verantwortlich? Um das herauszufinden, verglichen Yu und seine Kollegen die Genome der Pflanzensorten. Dabei identifizierten sie mehr als 160 Gene, die am Aufbau der Wurzeln beteiligt sein könnten. „Eines davon mit der Bezeichnung ZmHb77 haben wir genauer analysiert“, sagt Hochholdinger. „Dabei haben wir festgestellt, dass Pflanzen mit diesem Gen mehr Seminal- und zugleich weniger Seitenwurzeln bildeten.“ Träger dieses Gens könnten entsprechend weniger gut mit Trockenstress klarkommen als Maissorten ohne ZmHb77.
