Gezielter „Ausschalter“ in der Eizelle macht die Züchtung schneller

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Einem internationalen Forschungsteam unter Führung des IPK Leibniz-
Institutes ist es gelungen, sehr effizient Haploide in der Modellpflanze
Arabidopsis thaliana zu erzeugen. Dazu muss ein bestimmtes Protein im
Zentromer abgebaut werden. Die Ergebnisse der Studie, die im Fachmagazin
„Plant Communications“ veröffentlicht worden sind, lassen sich prinzipiell
auch auf Kulturpflanzen übertragen und könnten  Züchtungsprozesse
erheblich beschleunigen.

Schnellere Züchtung hilft, klimaangepasste, ertragreiche und robuste
Sorten schneller auf die Felder zu bringen - etwa mit besserer Toleranz
gegen Trockenheit oder Hitze. Das erhöht die Ertragssicherheit und senkt
den Einsatz von Ressourcen. Ein wichtiges Instrument für die Züchtung sind
Haploide, also Pflanzen, die nur einen einfachen Chromosomensatz besitzen.
Aus Haploiden lassen sich durch Verdopplung ihrer Chromosomen
(„Doppelhaploide“) sehr schnell vollständig reinerbig Linien gewinnen, was
die Entwicklung neuer Sorten beschleunigt.

Wenn in der Eizelle einer Pflanze ein bestimmtes Zentromer Protein (CENH3)
gezielt abgebaut wird, entstehen sehr häufig väterliche haploide
Nachkommen. Das Forschungsteam erzielte in Experimenten mit der
Modellpflanze Arabidopsis thaliana einen Anteil von bis zu 57 Prozent
haploiden Nachkommen. „Wenn wir CENH3 in der Eizelle gezielt entfernen,
entstehen sehr effizient väterliche Haploide. Es ist fast so, als hätten
wir der mütterlichen Chromosomen-Seite einfach den Stecker gezogen“,
erläutert Dr. Saravanakumar Somasundaram, der Erstautor der Studie. Das
angewandte Verfahren ist modular aufgebaut, nutzt pflanzeneigene
Mechanismen und lässt sich grundsätzlich auch auf Kulturpflanzen
übertragen.

Die Wissenschaftler haben CENH3 zunächst mit einem kleinen Etikett („Tag“)
versehen und damit für den enzymatischen Abbau markiert. Die zelluläre
„Müllabfuhr“ holt dank dieser Markierung CENH3 ab, bevor es zur
Befruchtung kommt. Im Ergebnis fehlt CENH3 in der Eizelle, bleibt aber im
Pollen erhalten. „Der spezifische Eizell Promotor sorgt dafür, dass die
Elimination den Embryo betrifft, jedoch nicht das Nährgewebe. Das erhält
die Keimfähigkeit haploider Samen“, sagt Dr. Saravanakumar Somasundaram.

„Im Kern geht es darum, CENH3 in der Eizelle „auszuknipsen“, die Pflanze
mit normalem Pollen zu bestäuben und haploide Samen zu produzieren“, sagt
Prof. Dr. Andreas Houben, Leiter der Arbeitsgruppe „Chromosomenstruktur
und -funktion“. „Unsere Methode erzeugt nach der Kreuzung nichttransgene
Haploide und beschleunigt damit die Gewinnung von Reinzuchtlinien. Das
spart Zuchtzeit. Es verkürzt den Prozess von mehreren Jahren auf eine
Saison.“