Neue Entdeckung zur Weizendiversität könnte dringend benötigte Lösung für globale Ernährungssicherheit bieten
Neu entdeckte Vielfalt im Weizengenom könnte entscheidende neue Möglichkeiten zur Verbesserung einer der wichtigsten Grundnahrungsmittel der Welt bieten
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Weizen hat ein sehr großes und komplexes Genom. Forscher haben herausgefunden, dass verschiedene Sorten ihre Gene auf unterschiedliche Weise nutzen können. Durch die Untersuchung der RNA - der Moleküle, die die Anweisungen der DNA ausführen - können die Forscher sehen, welche Gene wann aktiv sind. Durch die erstmalige Kartierung dieser Genaktivität sind die Forscher in der Lage, die internationalen Weizenzuchtprogramme zu beschleunigen und neue Weizensorten zu entwickeln, die sich an den rasch eskalierenden Klimanotstand anpassen können.
Weizen ist mit einer jährlichen Anbaufläche von über 215 Millionen Hektar die am weitesten verbreitete Kulturpflanze der Welt. Um den Bedarf einer wachsenden Weltbevölkerung zu decken, stehen die Pflanzenzüchter vor der Herausforderung, die Weizenproduktion innerhalb der nächsten 40 Jahre um schätzungsweise 60 Prozent zu steigern.
Das Weizen-Pan-Transkriptom bietet ein leistungsfähiges Instrument, um diese Herausforderung zu meistern. Es wird es den Pflanzenzüchtern ermöglichen, Ertragssteigerungen zu beschleunigen und widerstandsfähigere Weizensorten zu entwickeln, die besser gegen steigende Temperaturen, Wasserknappheit und schlechte Bodenqualität gewappnet sind. Wichtig ist, dass dies möglich ist, ohne die Abhängigkeit von Düngemitteln zu erhöhen, die mit dem Verlust der biologischen Vielfalt und der Umweltverschmutzung verbunden sind.
Dr. Rachel Rusholme-Pilcher, Senior Postdoctoral Researcher am Earlham Institute und Mitautorin der Studie, sagte: "Wir haben Schichten verborgener Vielfalt aufgedeckt, die unsere modernen Weizenvariationen umspannen. Diese Vielfalt ist wahrscheinlich die Grundlage für den Erfolg des Weizens in einem so breiten Spektrum globaler Umgebungen.
"Wir haben entdeckt, wie Gruppen von Genen als regulatorische Netzwerke zusammenarbeiten, um die Genexpression zu steuern. Durch unsere Forschung konnten wir untersuchen, wie sich diese Netzwerkverbindungen zwischen Weizensorten unterscheiden, und dabei neue Quellen genetischer Vielfalt aufdecken, die für die Stärkung der Widerstandsfähigkeit von Weizen entscheidend sein könnten."
Darüber hinaus hat diese Arbeit eine wichtige Ressource für die weltweite Weizenforschungsgemeinschaft geschaffen - ein klares Beispiel dafür, wie nationale und internationale Zusammenarbeit und neue Technologien zu wissenschaftlichen Durchbrüchen in der globalen Ernährungssicherheit führen können.
Ein großer Teil der ungenutzten genetischen Vielfalt könnte darauf zurückzuführen sein, wie sich der Weizen im Laufe der Zeit an unterschiedliche Umgebungen angepasst hat, die durch über 100 Jahre moderne Züchtung und mehr als 10 000 Jahre Anbau geprägt wurden.
Dr. Manuel Spannagl, stellvertretender Gruppenleiter in der Gruppe Pflanzengenom und Systembiologie am Helmholtz Zentrum München, sagte: "Der neue Expressionsatlas hat es uns ermöglicht, den Gengehalt der Weizensorten unabhängig vorherzusagen und zu vergleichen. Wir haben diese Genvorhersagen zusammen mit den Pan-Transkriptom-Daten verwendet, um ausgeprägte Variationen in der Prolamin-Superfamilie und immunreaktiven Proteinen zwischen den Sorten zu identifizieren."
Die Sequenzierung der Transkript-Isoformen und die De-novo-Annotation wurden von den Gruppen Technical Genomics und Core Bioinformatics am Earlham Institute im Rahmen der vom BBSRC finanzierten National Bioscience Research Infrastructure in Transformative Genomics durchgeführt.
Dr. Karim Gharbi, Leiter der Technischen Genomik am Earlham Institute, sagte: "Diese Arbeit zeigt, dass die Technologie in der Lage ist, eine neue Biologie aufzudecken, in diesem Fall eine verborgene funktionelle Vielfalt, die zuvor nicht dokumentiert worden war. Die Ressourcen für die Weizen-Pangenomik wachsen schnell und es gibt noch mehr Vielfalt zu entdecken.
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Originalveröffentlichung
Benjamen White, Thomas Lux, Rachel Rusholme-Pilcher, Angéla Juhász, Gemy Kaithakottil, Susan Duncan, James Simmonds, Hannah Rees, ... Joanna Melonek, Sylvie Cloutier, Gabriel Keeble-Gagnère, Josquin Tibbets, Erik Legg, Arvind Bharti, Peter Langridge, Ken Chalmers, Assaf Distelfeld, Manuel Spannagl, Anthony Hall; "De novo annotation reveals transcriptomic complexity across the hexaploid wheat pan-genome"; Nature Communications, Volume 16, 2025-10-6
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