Reis vermehrt sich auch ohne Sex

Apomixis sichert Hybridstatus

Löwenzahn und Brombeere brauchen keinen Sex für die Erhaltung ihrer Art. Forscher der Davis-Universität haben das jetzt auch für den Reis umsetzen können. Doch der Reihe nach.

In jeder Zelle liegt der Chromosomensatz doppelt vor. Für die geschlechtliche Fortpflanzung darf er jedoch nur einfach vorhanden sein. Durch das Aufeinandertreffen von weiblicher und männlicher Keimzelle liegt er wieder doppelt vor. Die Voraussetzung für die Reduzierung und Verdoppelung ist die Meiose. In ihrer ersten Phase teilen sich die Chromosomensätze auf. Dabei können sie sich überlagern und überkreuzen. Dabei entstehen neue Chromosomenabschnitte und das Erbgut wird neu gemischt. In der zweiten Phase der Meiose teilen sich die Zellen, so dass aus einer Mutterzelle mit doppeltem Chromosomensatz vier Tochterzellen mit jeweils einem einfachen Chromosom entstehen. Diese Keimzellen ergänzen sich mit den männlichen, verschmelzen und bilden wieder eine Zelle mit doppeltem Chromosom.

So wird das Erbgut der Nachkommen vermischt. Einen Effekt, den Züchter als Heterosis bezeichnen, ist der Ertragsvorteil von Nachkommen gegenüber der Elterngeneration. Hybrid-Saatgut selektiert den Ertragsvorteil gezielt aus. Doch hält er nur eine Generation und ist selbst nicht vererbbar. Die zweite Nachkommengeneration liegt wieder auf dem Ertragsniveau der Eltern.

Daher müssen die Landwirte Hybrid-Saatgut immer wieder neu kaufen. Was wäre, wenn es gelänge, den Vorteil der Hybridgeneration zu konservieren? Die Erzeugung von identischen Kopien der Elterngeneration ist jedenfalls ein natürlicher Vorgang. Nicht nur bei Löwenzahn und Brombeeren. Jeder Steckling bei Reben und Bäumen klont die genetischen Ausgangsbedingungen. Der übergeordnete Begriff lautet Apomixis. Die Natur kennt das bei mehr als 400 Pflanzenarten, aber nur bei wenigen Nahrungspflanzen.

Pflanzenzüchter Venkatesan Sundaresan von der Davis-Universität in Kalifornien hat beim Reis die Apomixis umgesetzt. Er kann also ohne Befruchtung der Reispflanzen Samen produzieren. Mit Hilfe neuer Züchtungstechniken hat er drei Gene ausgeschaltet, die bei Reis an der Meiose beteiligt sind. Damit entfällt Phase eins der Meiose. Danach musste er für die zweite Phase die Eizelle anregen, sich auch ohne Befruchtung zu teilen. Diese Teilung wird in der Regel durch das Gen „Baby Boom1“ aus der männlichen Eizelle angetrieben. Sundaresan hat das BBM1-Reisgen in die Mutterzelle gebracht. So wird ohne Befruchtung das Startsignal für die Teilung der Eizelle gegeben und ein Pflanzen-Embryo vom Samenkorn umschlossen.

Die Nachkommen waren identisch mit der Muttergeneration. Auf diese Weise können Züchter die zusätzlichen Eigenschaften des Hybrid-Saatgutes fixieren. Es geht in der nachfolgenden Generation nicht mehr verloren. Langfristiges Ziel des Forschers ist die Bereitstellung von Apomixis-Saatgut für Kleinbauern, damit sie leichteren Zugang zu Hochertragssorten erhalten.

Lesestoff:

Imtiyaz Khanday et al. 2018, A male-expressed rice embryogenic trigger redirected for asexual propagation through seeds, Nature (published online 12.12.2018, DOI:10.1038/s41586-018-0785-8  https://www.nature.com/articles/s41586-018-0785-8); Rice Plants That Reproduce as Clones From Seed - Ability to Grow Hybrid Varieties a Potential Breakthrough for Global Agriculture, UC Davis News, 12.12.2018 (https://www.ucdavis.edu/news/rice-plants-reproduce-clones-seed) ; First Clonal Rice Seeds Are an Agricultural Dream Come True, Innovative Genomics Institute News, 12.12.2018 (https://innovativegenomics.org/news/first-clonal-rice-seeds/)

Roland Krieg