Cassava oder Maniok ist die Grundnahrung für mehr als eine halbe Milliarde Menschen. Ihre Speicherwurzeln sind die wichtigste Nahrungsquelle im tropischen Gürtel von Afrika und nach Reis und Mais die weltweit drittgrößte Quelle von pflanzlichen Kohlenhydraten. Dennoch ist ihre natürliche Ertragskraft und ihr Ernteindex, d.h. der Biomassenanteil der Gesamtbiomasse einer Pflanze, der in erntebare Organe gelangt, deutlich geringer als der anderer kohlenhydrathaltiger Pflanzen wie Kartoffeln oder Süßkartoffeln. Ein interdisziplinäres Forschungsprojekt unter der Leitung von Wissenschaftlern der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ist jetzt auf der Suche nach Möglichkeiten, mit denen sich die Biomasse und der Stärkeanteil der Maniok-Pflanze erhöhen lässt.
Führende Experten verschiedenster Disziplinen – von der Pflanzenökophysiologie über Molekulare Biochemie und -physiologie bis hin zu Biotechnologie und Maniokzüchtung – haben sich dafür zusammengeschlossen. Zu den internationalen Projektpartnern gehören neben der FAU auch die ETH Zürich (Schweiz), das Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie, die Universität Kaiserslautern sowie das Boyce Thompson Institute for Plant Research und die University of Illinois (beide USA). Die Bill & Melinda Gates Foundation, die es sich zur Aufgabe gemacht hat, Krankheit, Hunger und Armut in den Entwicklungsländern zu bekämpfen, hat für dieses Vorhaben für die Laufzeit von fünf Jahren eine Forschungsförderung in Höhe von zehn Millionen Dollar zugesagt.
Projekt-Koordinator Prof. Dr. Uwe Sonnewald, Lehrstuhl für Biochemie an der FAU, sagt: „Die größte Herausforderung ist es, Experten so unterschiedlicher Fachgebiete wie Informatik, Pflanzenphysiologie und Maniokzüchtung zusammenzubringen, um den Fortschritt in jedem dieser Gebiete für ein gemeinsames Ziel zu nutzen. Bislang stand Maniok kaum im Fokus der modernen Pflanzenbiochemie und -physiologie. Diese Forschungslücke gilt es zu füllen. Ein besseres Verständnis der Struktur und der Prozesse innerhalb der Pflanze sind dafür essenziell.”
Verglichen mit anderen Pflanzen, weiß man beim Maniok bis heute wenig über die so genannte Source-Sink-Interaktion, die hauptverantwortlich für den Ertrag ist: Die Blätter der Pflanze, die mehr Kohlenhydrate produzieren als sie verbrauchen, werden „Source“ genannt, während Blüten, Früchte oder Speicherwurzeln der Pflanze, die mehr Kohlehydrate aufnehmen als sie selbst produzieren, als „Sink“ bezeichnet werden.
Bei Getreiden, wie etwa Weizen oder Reis, konnten über die vergangenen Jahrzehnte die Kornerträge signifikant gesteigert werden. Treiber dieser Züchtungserfolge sind u.a. wichtige technische Durchbrüche in der Systembiologie, der DNA-Sequenzierung und der Informatik, die sich die Forscher zunutze machten. Zum Beispiel gelang es Wissenschaftlern bei Weizen und Reis, Biomasse aus dem Spross in das Korn zu verlagern und so den Ernteindex zu erhöhen.
Um eine nachhaltige Steigerung des Maniokertrags zu erzielen, wird das Forschungsprojekt einer Drei-Punkte-Strategie folgen, die auf Studien zu vergleichbaren Pflanzen basiert. Zunächst gilt es, die Stoffwechselvorgänge zu verstehen, die die Erträge und Stärkeansammlung in den Speicherwurzeln unter optimalen Wachstumsbedingungen einschränken. Im zweiten Schritt widmen sich die Forscher dem genetischen Raum der Biomasse und der Stärkeausbeute in einer Reihe von Maniok-Genotypen, vor allem der von Landwirten bevorzugten Sorten. Schließlich heißt es, die Source-Sink-Interaktion in transgenen Maniok-Pflanzen so zu verändern, dass sich Biomasse und Stärkeausbeute erhöhen.
Die Forscher wollen dafür unter anderem eine neue Datenbank schaffen, die genomische, molekulare, biochemische und phänotypische Daten kombiniert. Damit können sie zum einen Simulationen am Computer durchführen, aber auch Stoffwechselprozesse experimentell überprüfen, die die Maniok-Produktivität einschränken.
Kontakt
Prof. Dr. Uwe Sonnewald
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Tel.: +49 9131/85-28255
uwe.sonnewald(at)fau.de
