Bereits vor 10.000 Jahren domestizierten indigene Völker in den Anden die Kartoffel. Im 16. Jahrhundert gelangten die Knollen nach Europa, doch lediglich eine Sorte von ihnen konnte sich den Temperaturen und Tageslängen Europas anpassen. Mitte des 19. Jahrhunderts befiel die Knollenfäule (Phytophthora infestans) diese Kartoffelsorte und löste die Große Hungersnot in Irland und einen fast kompletten Ernteausfall in Europa aus. Gleichzeitig markierten diese Umstände den Beginn der modernen Kartoffelzüchtung in Europa.
Vier statt zwei Chromosomenkopien
Statt wie beim Menschen je ein Chromosom von Vater und Mutter zu erben, enthält jede Kartoffelzelle vier Versionen jedes Chromosoms. Dadurch besitzt sie auch vier Kopien jedes Gens, wodurch eine Vielzahl an möglichen Genkombinationen möglich ist. Das erschwert es, gewünschte Eigenschaften durch klassische Kreuzungszucht gezielt zu vererben, aber auch das Genom zu analysieren. Ein Forschungsteam um Korbinian Schneeberger von der Ludwig-Maximilians-Universität München hat jetzt zum ersten Mal das Genom von zehn europäischen Kartoffelsorten rekonstruiert, die Bauern schon im 18. Jahrhundert anbauten.
„Da diese Kartoffeln aus der Zeit stammen, in der die europäischen Züchtungsprogramme begannen, wollten wir verstehen, wie viel Vielfalt in diesen Kartoffeln vorhanden war, um so zu verstehen, wie hoch das genetische Potenzial unserer Kartoffeln ist“, erklärt Schneeberger. Dazu sequenzierten die Forschenden die Genome der zehn Kartoffelsorten mit einer Sequenzierungsmethode, die speziell für die Analyse von Erbgut mit vielen Kopien von Genen und DNA-Abschnitten geeignet ist. Mithilfe einer Software verglichen sie dann die Reihenfolge und Position der DNA-Abschnitte bei den verschiedenen Sorten.
Geringe Vielfalt mit großen Unterschieden
Das Ergebnis der Genanalyse enthüllt, dass die zehn untersuchten Kartoffelsorten bereits 85 Prozent der genetischen Variabilität aller modernen europäischen Kartoffeln abdecken. Das bedeutet: Fast der gesamte Genpool der heutigen Kartoffelsorten geht auf nur diese zehn historischen Varianten zurück. Diese geringe genetische Vielfalt europäischer Kartoffeln erklären Schneeberger und sein Team mit Flaschenhalseffekten: Die ohnehin wenigen Kartoffellinien, die dem europäischen Klima gewachsen waren, wurden durch die Kartoffelkrankheit der Knollenfäule noch weiter dezimiert. Sie verursachte in den 1840er- Jahren in Irland, aber auch im Rest Europas einen fast kompletten Ernteausfall und katastrophale Hungersnöte. Nur verhältnismäßig wenige Kartoffeln überlebten diese Zeit und ihre genetische Vielfalt verkleinerte sich.
„Weil der Genpool so limitiert ist, gibt es zwar nicht viele unterschiedliche Chromosomen, aber wenn die Chromosomen unterschiedlich sind, dann in einem Ausmaß, wie wir es bei domestizierten Pflanzen noch nie gesehen haben“, erklärt Schneeberger. „Die Unterschiede entsprechen etwa dem Zwanzigfachen dessen, was wir beim Menschen sehen.“ Diese wenigen, aber starken Unterschiede zwischen den Chromosomenkopien einer Pflanze erklärt das Team um Schneeberger damit, dass etwa 40 Prozent des Genoms von Wildarten stammen, die vor Ankunft der Kartoffel in Europa in Südamerika in die dort domestizierten Sorten eingekreuzt wurden.
