Einsatz von Markertechnologie und genomischer Selektion in der Züchtung

Genetische Marker sind kurze DNA-Abschnitte, deren Ort im Genom bekannt ist und die gemeinsam mit einer Eigenschaft (zum Beispiel einem Gen) vererbt werden. Mit Molekularen Markern lassen sich diese Eigenschaften (Gene) schnell und einfach nachweisen, bevor sie in der ausgewachsenen Pflanze in Erscheinung treten. Auf diese Weise lässt sich eine Pilzresistenz schon im Keimling feststellen. Molekulare Marker gestalten die Pflanzenzüchtung wesentlich effizienter.

Ohne das moderne Verfahren müsste das Wachstum der Pflanze bis zur Reife abgewartet werden, um die gewünschte Merkmalsausprägung beobachten zu können. Ein Beispiel: Nachdem Züchter zwei Elternlinien miteinander gekreuzt haben, lassen sie die Nachkommen keimen. Dann entnehmen sie jedem Keimling eine kleine Blattprobe und analysieren die DNA. Findet sich dabei der gesuchte Marker, ist bekannt, dass die Nachkommen die gewünschte Eigenschaft tragen. Mit Hilfe von molekularen Markern lässt sich binnen 48 Stunden klären, ob eine gewünschte Eigenschaft in der gezüchteten Sorte vorhanden ist. So werden die Nachkommen vorselektiert. Die Züchter können sich auf die aussichtsreichsten Pflanzen konzentrieren.

Die Laborergebnisse werden anschließend in Feldversuchen mit viel weniger Kandidaten geprüft als bisher. So steigt die Effizienz.

Noch schneller mit Genomischer Selektion

Die Genomische Selektion ist eine Weiterentwicklung der traditionellen Markertechnologie (MAS) und führt zu einer noch besseren Auslese mit größerer Verlässlichkeit bei der Auswahl geeigneter Kreuzungspartner und zukünftiger Sorten. Auch weil die Kosten für den Nachweis genetischer Marker erheblich gesunken sind, lässt sich eine Pflanze gleichzeitig auf viele Marker hin untersuchen.

Dafür erstellen die Züchter für jedes Individuum ein Markerprofil aus mehreren Tausend Markern. Jede Pflanze besitzt ein bestimmtes Markerprofil – es lässt sich mit einem Fingerabdruck vergleichen. Mit den bei KWS bereits etablierten Hochdurchsatz-Markertechnologien lassen sich Markerprofile schnell und kostengünstig erstellen.

Tausende von Markerprofilen einer Pflanzenpopulation werden dann mit den gemessenen Daten aus dem Feld verknüpft. Daraus werden statistisch-mathematische Modelle entwickelt, mit denen sich anhand der Markerprofile von Samenkörnern oder Jungpflanzen vorhersagen lässt, welchen Zuchtwert die Pflanzen haben und ob sie sich für die anschließende Sortenentwicklung eignen. Eine komplexe Software übernimmt dann die Aufgabe, aus den Markerprofilen weiterer Individuen, die im Feld nicht getestet wurden, jene Pflanzen zu bestimmen, deren Kreuzung am vielversprechendsten erscheint. Viele Feldversuche können durch diese Vorselektion entfallen ohne an Zuchtfortschritt zu verlieren.

Durch die enge Zusammenarbeit von Genom- und Züchtungsforschung werden dabei kontinuierlich die Züchtungseffizienz erhöht und der züchterische Fortschritt beschleunigt.