WISSENSCHAFT & FORSCHUNG
POMORROW – Potatoes for Tomorrow
Deutschlands größtes Kartoffelforschungsprojekt erschließt neue Wege zur klimaresilienten Sortenentwicklung
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Wissenschaftliche Schatzsuche in der IPK-Genbank
Fördervolumen: 4,7 Millionen EUR
Laufzeit: 4 Jahre
Projektträger: Forschungszentrum Jülich
Gefördert vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Rahmen des BMFTR-Programms „Moderne Züchtungsforschung für klima- und standortangepasste Nutzpflanzen von morgen“
Mit rund 6.357 Akzessionen umfassen die Groß Lüsewitzer Kartoffel-Sortimente der Bundesdeutschen Ex-situ-Genbank für landwirtschaftliche und gärtnerische Kulturpflanzen am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) eine der weltweit umfassendsten Sammlungen an Kartoffelmaterial. Diese genetischen Ressourcen reichen von historischen Landrassen über Kultursorten bis hin zu wilden Verwandten.
„Natürlich ist die Erhaltung pflanzengenetischer Ressourcen in Genbanken an sich schon sehr wertvoll für nachfolgende Generationen. Doch erst durch ihre Nutzung in der Züchtung entfalten diese genetischen Ressourcen ihr volles Potenzial“, betont Dr. Vanessa Prigge (SaKa Pflanzenzucht GmbH & Co. KG), Gesamtkoordinatorin des Verbundprojekts. „Unser Ziel ist es, diese Vielfalt züchterisch nutzbar zu machen und damit die Anpassungsfähigkeit der Kartoffel an neue Umweltbedingungen nachhaltig zu sichern.“
POMORROW setzt dabei auf eine umfassende Genotypisierung der gesamten Kartoffelsammlung in Groß Lüsewitz. Zusätzlich werden ausgewählte genetisch einzigartige Akzessionen mit modernster Sequenzierung untersucht und in das internationale Kartoffel-Pangenom eingebracht. „Erst die kürzlich erzielten Fortschritte in der Sequenziertechnologie ermöglichen dieses Unterfangen, denn die Kartoffel hat ein sehr komplexes Genom“, erläutert Prof. Dr. Benjamin Stich (Julius Kühn-Institut), wissenschaftlicher Koordinator des Projekts.
Von der Genbank ins Züchtungsprogramm: Aufbau einer Kernkollektion
Auf Basis der molekularen Analysen entsteht eine POMORROW-Kernkollektion aus 600 genetisch breit aufgestellten Kartoffeltypen. Davon werden 300 Akzessionen umfassend phänotypisiert – mit Fokus auf agronomisch und ökologisch relevante Merkmale wie:
- Trockenstresstoleranz,
- Effizienz der Nährstoffnutzung,
- Resistenz gegen Krankheiten und Schädlinge (z. B. Krautfäule, Blattrollvirus, Schilf-Glasflügelzikade),
- Qualitätsmerkmale der Knolle, insbesondere Proteingehalt.
Das Forschungsteam sucht mittels sog. Assoziationsgenetik gezielt nach Erbanlagen, die die erwünschten Merkmale in Kartoffelpflanzen hervorrufen. Diese können im Anschluss von den Züchtungsunternehmen durch Kreuzung und Selektion zur Sortenentwicklung genutzt werden. „Insbesondere für neu bzw. wieder in Deutschland auftretende Probleme wie Befall mit Schilf-Glasflügelzikaden oder dem Blattrollvirus erhoffen wir uns hiermit den Durchbruch, denn bisher gibt es keine resistenten Kartoffelsorten gegen diese Bedrohungen, und die verwandten Wildarten der Kartoffel könnten ein Rettungsanker sein“, so Vanessa Prigge.
Die weiteren rund 300 Akzessionen der POMORROW-Kernkollektion liegen derzeit als Samenmaterial und nicht als Knollen vor und müssten vor einer Phänotypisierung zunächst aufwändig angezogen und zur Knollenproduktion gebracht werden – ein Prozess, der bei unangepasstem Material technisch anspruchsvoll und zeitintensiv ist. Daher ist für deren Bearbeitung eine zweite Projektphase notwendig, in der dieses Material Schritt für Schritt für die phänotypische Analyse vorbereitet werden kann.
Moderne Methoden: Genomeditierung und Genomic Prediction
Ein zentrales Innovationsfeld des Projekts ist die Anwendung von Genomeditierung mit CRISPR-Technologie. Diese soll gezielt neue Eigenschaften in schwer zugängliche Elitesorten einführen – ohne aufwendige Rückkreuzungen. Ergänzt wird dieser Ansatz durch Vorhersagemodelle (Genomic Prediction), mit denen erstmals auch genetische Informationen mit nur kleinen Effekten auf die Merkmalsausprägung aus genetischen Ressourcen effizient in die Züchtung neuer Kartoffelsorten einfließen können.
„Mit POMORROW erschließen wir die genetische Vielfalt der Kartoffel systematisch und kombinieren sie mit modernsten Züchtungstechnologien. Damit schaffen wir die Grundlage für robuste, gesunde und ertragreiche Sorten, die den künftigen Anforderungen von Landwirtschaft, Ernährung und Klima gewachsen sind“, so Prof. Dr. Benjamin Stich.
Trockenstresstoleranz im Fokus: Forschung in Potsdam
Einen weiteren Teilaspekt von POMORROW verantwortet das Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI MP) in Potsdam. Dort werden die Akzessionen auf ihre Fähigkeit getestet, Trockenstress zu überstehen und mit Mykorrhizapilzen zu interagieren.
„Feldversuche zeigen, dass Mykorrhizapilze die Nährstoffaufnahme und Stressresilienz von Kartoffeln deutlich verbessern können“, erklärt Prof. Dr. Caroline Gutjahr, Direktorin am MPI MP. „Wir wollen verstehen, welche genetischen Faktoren diese positive Symbiose fördern und wie sie züchterisch genutzt werden können.“
Mithilfe von automatisierten Roboterplattformen, Laserscannern und präziser Bewässerungstechnik werden Wachstums- und Stressreaktionen der Pflanzen unter kontrollierten Bedingungen erfasst. Die gewonnenen Daten sollen in Vorhersagemodelle integriert werden, um das züchterische Potenzial trockentoleranter Genotypen präziser abschätzen zu können.
Dr. Sarah Lange
Nicole Ickstadt
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