Mit neuem Züchtungsansatz klimaresistente Nutzpflanzen schneller entwickeln
Dabei geht es Wageningen University & Research (WUR) zufolge bspw. um Pflanzen, die auch bei Trockenheit und Hitze gut keimen und schnell wachsen.
Das Forschungsprogramm TRITON, das von der WUR koordiniert wird, erhält Fördermittel, um diesen Ansatz weiterzuentwickeln. Die Gates Foundation und die Novo Nordisk Foundation stellen rund 44 Mio Euro für das vierjährige Programm zur Verfügung.
Der Bedarf an klimaresistenten Nutzpflanzen ist groß. Durch den Klimawandel steige weltweit das Risiko von Ernteausfällen und stark schwankenden Erträgen. Dabei spielen u.a. höhere Temperaturen und Wasserknappheit eine wichtige Rolle. Auch geopolitische Instabilität kann den Handel stören und bspw. die Versorgung mit Düngemitteln erschweren.
Die moderne Pflanzenzüchtung hat in den vergangenen Jahrzehnten bereits zu erheblichen Ertragssteigerungen geführt. Dennoch lassen sich manche Eigenschaften nach wie vor nur schwer schnell verbessern, da viele Gene gemeinsam eine solche Eigenschaft bestimmen. Die traditionelle Züchtung kann sehr zeitaufwendig sein und ist von der verfügbaren genetischen Variation abhängig. Beim Kreuzen von Pflanzen werden zudem gewünschte Eigenschaften nicht immer getrennt von unerwünschten Eigenschaften weitervererbt. Dadurch können auch weniger günstige Merkmale mit übertragen werden. Mit den derzeitigen Techniken sei es daher schwierig, schnell auf sich ändernde lokale Bedingungen und auf die Bedürfnisse von Landwirten und anderen Akteuren zu reagieren.
Agnieszka Golicz, Professorin und Inhaberin des Lehrstuhls für Pflanzenzüchtung an der Wageningen University & Research, ist wissenschaftliche Leiterin von TRITON und spielte eine zentrale Rolle bei der Konzeption des Programms. Sie erklärt, worin die Herausforderung besteht: „Die Toleranz gegenüber abiotischem Stress wie Hitze oder Trockenheit ist eine der am schwierigsten zu verbessernden Eigenschaften. Das liegt daran, dass dabei viele Gene eine Rolle spielen. Indem wir weltweit Experten aus den Bereichen Modellierung und Molekularbiologie zusammenbringen, können wir durch gezielte DNA-Modifikation die vielversprechendsten Gene anpassen und diese Veränderungen direkt in leistungsstarke Pflanzenlinien einbringen. So können wir den Landwirten letztendlich viel schneller verbesserte Sorten zur Verfügung stellen.“
Im Rahmen von TRITON (Traits for Resilience Initiative for Transformative Outcomes for Novel Crops) nutzen Forscher Künstliche Intelligenz, um Gene zu identifizieren, die für gewünschte Eigenschaften von Nutzpflanzen wichtig sind. Computermodelle helfen dabei, vorherzusagen, wie Gene und Umweltbedingungen gemeinsam das Wachstum und die Leistungsfähigkeit einer Pflanze bestimmen. Mit fortschrittlichen Techniken wie CRISPR kann die DNA anschließend gezielt verändert werden. Die leistungsstärksten Sorten werden in Feldversuchen auf verschiedenen Kontinenten getestet.
Weltweiter Zugang zu Wissen und Technologie
Das Forschungsprogramm ziele darauf ab, das entwickelte Wissen und die entwickelte Technologie einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Aus diesem Grund arbeiten die Forscher an einer frei zugänglichen Sammlung von Hilfsmitteln, mit denen Forscher und Züchter weltweit Nutzpflanzen schneller verbessern können.
Dazu gehören u.a. offene Datensätze, miteinander kombinierbare Computermodelle und allgemein zugängliche Technologien zur gezielten DNA-Modifikation. Auf diese Weise will TRITON die Hürden für Innovationen senken, auch für kleine und mittlere Züchtungsunternehmen, Nichtregierungsorganisationen und Organisationen in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen.
Das Programm bringe führende Forschungseinrichtungen aus Europa, Nordamerika, Indien und Afrika zusammen. So soll sichergestellt werden, dass möglichst viele Akteure von neuen Züchtungstechnologien profitieren und zu einer widerstandsfähigeren Nahrungsmittelversorgung beitragen können.
Richard Harrison, Direktor der Plant Sciences Group in Wageningen, sieht die Initiative als Teil des Engagements der WUR, neue Technologien breit zugänglich zu machen. „Die Wageningen University & Research setzt sich seit 2021 für einen fairen Zugang zu den dafür erforderlichen Technologien für vertrauenswürdige Partner ein. Durch den Abbau von Innovationsbarrieren und die Zusammenarbeit im Rahmen dieser globalen Partnerschaft können Partner schneller von den neuesten Technologien zur Entwicklung klimaresistenter und nachhaltiger Kulturpflanzen profitieren. Dies kann weitreichende gesellschaftliche Vorteile mit sich bringen.“
Vom Bedarf der Landwirte zur Pflanzeneigenschaft
Die Bedürfnisse von Landwirten und anderen Akteuren in der Lebensmittelkette seien ein wichtiger Ausgangspunkt für TRITON. Das Programm entwickele eine auf großen Sprachmodellen basierende Umfrageplattform, um bei Zehntausenden von Landwirten und anderen Akteuren in der Kette zu erfassen, was sie benötigen. Mit designorientierten Methoden erarbeiten Forscher anschließend verschiedene mögliche Lösungen. Die Informationen von Landwirten und Akteuren der Kette helfen dabei, die Schwerpunkte der Züchtung festzulegen.
Letztendlich können die aus TRITON hervorgehenden Hilfsmittel Landwirten auf der ganzen Welt dabei helfen, klimaresistente Kulturpflanzen zu erhalten, die zu den Bedingungen, unter denen sie arbeiten, und zu den Märkten, für die sie produzieren, passen.
