Herr Graner, es war in diesem Sommer wahnsinnig heiß und trocken. Das hat sich auch deutlich auf die Erntestatistik ausgewirkt. Viele Landwirte fragen sich, was das für die Zukunft von Weizen, Gerste, Hafer und Roggen bedeutet, wenn es immer wärmer und trockener wird.

Sie schauen also, welche Bestandteile oder Gene von Pflanzen wichtig sind, um beispielsweise besser mit Trockenheit zurechtzukommen? Diese Erkenntnisse geben Sie dann als Empfehlungen an die Züchter weiter?

Man kann also Pflanzen so züchten, dass sie mit anderen Klimabedingungen zurechtkommen? Machen Sie uns damit also ein bisschen Hoffnung, in Zukunft noch Bier aus deutscher Braugerste zu trinken und mit deutschem Weizenmehl backen zu können?

Graner Ja.

Wie funktioniert diese Grundlagenforschung? Wie wissen Sie mehr als das, was die Züchter beim Anbau selbst ausprobieren?

Wie muss man sich denn so eine Genbank vorstellen? Lagern Sie dort lauter Tüten mit Saatgut?

Graner In der Regel bewahren wir diese genetische Vielfalt als Saatgut auf. In wenigen Fällen lassen sich Pflanzen aber nicht über Saatgut vermehren, sondern müssen vegetativ im Daueranbau erhalten werden. Dies betrifft, z.B. Kartoffeln oder Zwiebelgewächse. Saatgut wiederum kann über viele Jahre bei -18 Grad gelagert werden, aber auch nicht unendlich lange. Im Durchschnitt müssen wir alle 40 bis 60 Jahre einen Vermehrungsanbau im Feld oder im Gewächshaus durchführen, um frisches, lebensfähiges Saatgut für eine erneute Einlagerung zu erhalten.

Wie häufig kommt so etwas vor?

Graner Die durchschnittliche Lagerdauer beträgt 50 Jahre und die Genbank umfasst 150.000 Muster. Somit müssen wir also jedes Jahr mindestens 3.000 Muster im Feld und im Gewächshaus anbauen. Dazu kommt das Material, welches vegetativ erhalten werden muss. Das sind auch nochmals rund 5.000 Muster.

Graner So ist es. Das erfordert viele Ressourcen.

Was wird denn genau mit diesen 150.000 Proben in der Forschung gemacht?

Graner Da muss ich etwas weiter ausholen. Voraussetzung für die Forschung ist die Verfügbarkeit. Wir müssen also sicherstellen, dass das so erhaltene Material auch anderen bereitgestellt werden kann - 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche. Seit die Genbank 1946 gegründet wurde, haben wir weit über eine Million Muster weltweit an Forschungs- und Züchtungseinrichtungen, botanische Gärten und Privatpersonen abgegeben.

Diese Proben kann also jeder bekommen, der möchte?

Graner Ja, gegen die Entrichtung einer kleinen Gebühr von zwei Euro pro Muster.

Nach dem erfolgreichen Anbau muss dann auch wieder eine Probe an Sie zurückgeschickt werden?

Damit der Gencode immer identisch bleibt und keine Krankheiten oder ähnliches in Ihre Proben gelangen?

Graner Korrekt. Nicht nur Krankheiten oder mangelnde Saatgutqualität, sondern vor allem Verwechslungen sind bei der großen Menge an Proben ein großes Risiko.

Wo entsteht dann der Fortschritt konkret? Wie wird das Weizenkorn am Ende so werden, dass es nur wenig Wasser braucht und mit Hitze zurechtkommt?

Graner Neben der Verfügbarkeit und der Qualität des Saatguts bestimmen die Informationen, die für ein Muster aus der Genbank vorhanden sind, den Gebrauchswert für die Forschung und die Züchtung. Im Wesentlichen entstammen die Informationen zwei Quellen. Die Erste betrifft die genetischen Baupläne der Muster, die durch DNA-Sequenzierung, Assemblierung und Annotation aufgeklärt werden. Die zweite Quelle sind phänotypische Informationen, also Merkmale und Eigenschaften, die im Laufe des Pflanzenwachstums erfasst werden.

Phänotypisch, heißt das Erscheinungsbild? Also, wie die Pflanze am Ende aussieht?

Graner So ist es.

Sie haben also genetische Profile von 150.000 Proben erstellt?

Graner Von allen 150.000 noch nicht. Aber das IPK ist eines der weltweit führenden Zentren bei der Sequenzierung von Nutzpflanzen-Genomen. Forschende aus dem Institut waren maßgeblich an der Entschlüsselung der Genome von Weizen, Gerste und Roggen beteiligt. Unsere Gerstensammlung ist ein gutes Beispiel. In unserer Genbank haben wir inzwischen mehr als 20.000 Muster unterschiedlicher Gerstensorten. Diese 20.000 Muster wurden vor einigen Jahren systematisch durch Sequenz-Analysen untersucht, die Daten gespeichert und weltweit zur Verfügung gestellt. In gleicher Weise sind wir bei Weizen vorgegangen. Aktuell sind wir dabei, die Genome von Hafer und Ackerbohnen zu entschlüsseln. Insofern haben wir hier eine große Expertise und auch die technischen Voraussetzungen, um in Zukunft, in vermehrtem Umfang, auch die restlichen Genbankkollektionen zu entschlüsseln.

Was macht man dann mit den Informationen, die Sie entschlüsseln? Wie lange dauert es, bis ich als Züchter eine tolle neue, trockenresistente Gerstensorte bekomme?

Graner Wir haben in den letzten Jahren begonnen, systematisch Informationen zu bestimmten Merkmalen, wie etwa den Blühzeitpunkt, zu erfassen und diese in unserem Online-Informationssystem zu dokumentieren. Das heißt also, wir sammeln mehr und mehr Informationen zu dem Material. Die wissenschaftliche Herausforderung besteht darin, diese phänotypischen Informationen mit den Informationen aus der Sequenzierung zusammenzuführen. Also Korrelationen zwischen Merkmalen und Variationen in den DNA-Sequenzen der verschiedenen Muster aufzufinden. Im Gegensatz zur Merkmalsausprägung, die meist Umwelteinflüssen unterworfen ist, ist die DNA-Sequenz weitgehend unveränderlich. Für die Pflanzenzüchtung bedeutet dies, dass die Identifizierung trockenresistenter Linien im Feld in einem regnerischen Anbaujahr nicht möglich ist. Die Selektion trockenresistenter Pflanzen ist bei Kenntnis der verantwortlichen DNA-Sequenzen, unabhängig von den äußeren Bedingungen, möglich.

Sie erforschen also, an welcher Stelle und bei welcher Sorte im Genprofil möglicherweise diese besondere Eigenschaft sitzt?

Graner So ist es.

Was machen die Züchter dann mit dieser Information?

Graner Die Züchter können dann damit beginnen, mit diesem Muster aus der Genbank Kreuzungen durchzuführen. Dabei versucht man, ein Gen oder ein Chromosomensegment für die Trockenresistenz in ein leistungsfähiges Gersten- oder Weizenmaterial einzulagern. Im Mittleren und Nahen Osten beispielsweise wird Gerste oder Weizen ja schon seit Tausenden von Jahren bei sehr trockenem Klima angebaut. Wenn man diese Sorten jedoch in unseren Breiten anbauen würde, würden sie aufgrund der fehlenden Anpassung an unsere Umweltbedingungen nur geringe Erträge liefern und wären darüber hinaus sehr anfällig für Krankheiten. Das Ziel der Pflanzenzüchtung ist es daher, nur das für Trockentoleranz verantwortliche Gen einzukreuzen. Das ist ein sehr langwieriger Prozess. Dafür braucht man wiederum die Informationen und Werkzeuge zur DNA-Analyse, die wir hier im Institut mit unseren Forschungsarbeiten entwickeln.

Was heißt denn langwierig?

Graner Die Entwicklung einer neuen Sorte ist ein Prozess, der zwischen 10 und 15 Jahren dauert.

Das lässt sich nicht beschleunigen?

Graner Man kann den Prozess beschleunigen, indem die Selektionsstrategien verbessert werden. Unter anderem durch DNA-Marker-gestützte Selektion oder durch genomische Selektionsverfahren. Auch diese basieren auf der Analyse von der DNA und erfordern genetische Marker, welche wir im Rahmen unserer Forschungsarbeit ergründen.

Das geht ja schon sehr tief in die Grüne Gentechnik rein. Da bleibt die Frage, ob wir solche Genveränderungen wollen und möglicherweise Arten entstehen, die kein Mensch mehr unter Kontrolle hat. Die Frage ist dann, ob man das überhaupt essen will?

Graner Die eben genannten Verfahren der Genom-Analyse sind rein analytisch. Sie sind vergleichbar mit der pränatalen Diagnostik. Nur, dass wir keine Krankheiten vorhersagen, sondern genau das Gegenteil. Also nach Genen mit besonders günstigen Eigenschaften oder Merkmalen suchen. Diese Verfahren haben mit Gentechnik nichts zu tun. Es handelt sich um Verfahren, die es dem Pflanzenzüchtern ermöglichen, effektiver, genauer und schneller als bisher zu selektieren.

Aber wenn man diesen Prozess weiter beschleunigen will, greift man ja trotzdem auf andere Verfahren zurück, die auf Grüner Gentechnik beruhen. Darüber wird in Deutschland ja kontrovers diskutiert.

Graner Kombiniert man das geschilderte Vorgehen mit Verfahren wie der sogenannten Genom-Editierung, Stichwort CRISPR/CAS-Methode oder auch Gen-Schere genannt, könnten wir in bestimmten Fällen den Züchtungsweg stark verkürzen.

Wären Sie dafür?

Graner Aus wissenschaftlicher Sicht unterscheidet sich das Genom-Engineering nicht von dem Entstehen natürlicher Mutationen. Das gleiche trifft auf die induzierte Mutagenese, z.B. durch Röntgenstrahlung oder die Behandlung mit Chemikalien zu. Hierbei handelt es sich um Verfahren, die seit vielen Jahrzehnten in der Pflanzenzüchtung eingesetzt werden und deren Anwendung keinen gesetzlichen Einschränkungen unterliegt. Im Gegensatz zu den genannten Verfahren der induzierten Mutagenese ist der Einsatz von CRISPR/CAS sehr viel gezielter, d.h. die Eingriffstiefe in das Genom ist sehr viel geringer. Daher spricht grundsätzlich nichts gegen die Nutzung dieser Technologie in der Pflanzenzüchtung.

Eine natürliche Mutagenese würde hunderte Jahre dauern. Was heißt in dem Fall schneller?

Graner Die Verfahren sind ja noch nicht in der praktischen Anwendung. Die Erzeugung einer Mutation durch Genom-Editierung erfolgt im Labor. Das gesamte Verfahren benötigt weniger als zwei Jahre von der Editierung des Gens bis zur Saatguternte.

Das heißt, wir könnten in drei Jahren endlich unsere klimaresistente Gerste haben?

Graner Voraussetzung ist die Kenntnis der einzelnen Gene, die die Trockentoleranz verbessern. Daran wird weltweit intensiv geforscht. Anschließend könnten diese innerhalb sehr kurzer Zeit in den gewünschten genetischen Hintergrund eingebaut werden.

Wie lange braucht man dann, bis Saatgut in solchen Dimensionen vorhanden ist, um damit auch Missernten in den nächsten Jahren zu verhindern?

Graner Da kann ich im Moment nur spekulieren, da durch die hohen Regulationen des Gentechnikgesetz unter die in Europa auch die Genomeditierung fällt, entsprechende Züchtungsarbeiten nicht stattfinden. Ich vermute jedoch, dass sich die Züchtung einer Sorte mit verbesserter Trockentoleranz innerhalb von drei bis fünf Jahren realisieren ließe. Wir würden mit Gentechnik also extrem Zeit gewinnen.

Der Klimawandel ist menschengemacht und jetzt muss der Mensch mit seinen Folgen leben. Das wir also künftig Hirse und Kichererbsen anbauen, ist vielleicht eine Strafe, die wir hinnehmen müssen. Können Sie dem was abgewinnen?

Graner Durch den Anbau dieser Arten würde auch ein Beitrag zu Erhöhung der Agrobiodiversität geleistet. Aber ich wiederhole meinen anfänglichen Hinweis, dass Hirse und Kichererbsen ebenfalls Wasser brauchen. Vielleicht weniger, und vielleicht können diese Sorten mit Trockenheit besser umgehen. Aber grundsätzlich gilt, dass ohne Wasser kein Wachstum stattfindet.

Also: Keine Gerste ist auch keine Lösung?

Graner Eine frohe Botschaft vielleicht noch an alle Biertrinker: Man kann auch aus anderen Stärke-Quellen ähnliche Getränke wie Bier herstellen. Denken Sie nur an den Weizen. Sogar aus Quinoa könnte man Bier machen. Aber Spaß beiseite, ich glaube, die von Ihnen genannten Pflanzen und Kulturarten werden in Zukunft sicherlich eine ergänzende Rolle in unserer Landwirtschaft spielen. Auch aus Gründen der Agrobiodiversität und der Resilienz des Gesamtsystems müssen solche Pflanzen in Zukunft vermehrt angebaut werden. Ich denke da an Pflanzen, die Luftstickstoff binden können. Dazu gehören Erbsen, Soja- und Ackerbohnen oder auch die von ihnen genannten Kichererbsen. Insofern stellen diese Pflanzen und Kulturarten eine ganz wichtige Ergänzung zu den heute auf unseren Äckern angebauten Kulturarten dar. Dies ist jedoch kein Zufall, sondern es handelt sich um extrem leistungsfähige Sorten, die auch in Zukunft eine tragende Rolle spielen werden.

Da sind wir aber nicht mehr nur bei der Frage der Trockenresistenz, sondern diskutieren, wie nachhaltige Landwirtschaft künftig aussieht.

Graner Und wie die Produkte dann auch verwertet werden. Denn eine Ackerbohne ist zweifelsohne ein anderes Produkt als ein Gersten- oder Weizenkorn. Stickstoffbindende Arten (Leguminosen) sind züchterisch in den letzten 100 Jahren bei Weitem nicht so stark bearbeitet worden wie die Hauptfruchtarten, von denen wir uns heute ernähren. Das Ertragsniveau von Leguminosen ist viel geringer als das von Weizen, Gerste, Raps und Mais.

Graner Ja, eines Tages könnte das der Fall sein. Allerdings ist noch ein beträchtlicher Vorlauf in Forschung und Züchtung notwendig, um Kichererbsen für die Ansprüche einer modernen, nachhaltigen Landwirtschaft in Form zu bringen.