{"id":2808,"date":"2022-07-05T10:25:14","date_gmt":"2022-07-05T08:25:14","guid":{"rendered":"https:\/\/www.openscience.or.at\/hungryforscienceblog\/?p=2808"},"modified":"2024-01-17T13:36:07","modified_gmt":"2024-01-17T12:36:07","slug":"was-haben-erbsen-mit-vererbungslehre-zu-tun","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.openscience.or.at\/hungryforscienceblog\/was-haben-erbsen-mit-vererbungslehre-zu-tun\/","title":{"rendered":"Was haben Erbsen mit Vererbungslehre zu tun?"},"content":{"rendered":"

Erbsen haben eine lange Geschichte: Sie dienten Gregor Mendel schon im 19. Jahrhundert f\u00fcr seine ber\u00fchmten Experimente zu den Gesetzm\u00e4\u00dfigkeiten der Vererbung. Die bESSERwisser haben zur Arbeit Mendels und zu den Urspr\u00fcngen der Z\u00fcchtung heutiger Nutzpflanzen recherchiert. Die Geschichte unserer Kulturpflanzen geht bis ins 12. Jahrhundert v.Chr. zur\u00fcck.<\/strong><\/p>\n

Gregor Mendel: Erbsenz\u00e4hler und Vater der Genetik \u00ad<\/h2>\n

Die Geschichte von Gregor Mendel ist bekannt: Bereits im 19. Jahrhundert f\u00fchrte der junge M\u00f6nch jahrelang akribische Kreuzungsexperimente im Klostergarten in Br\u00fcnn durch. Er verwendete daf\u00fcr die Gartenerbse (Pisum sativum<\/em>), da sich diese Pflanze besonders f\u00fcr seine Untersuchungen eignete: Die Erbse ist leicht anzubauen und hat eine hohe Zahl an Nachkommen. Und, was f\u00fcr Mendel \u00e4u\u00dferst wichtig war: Sie besitzt unterschiedliche Merkmale, die sich leicht beobachten lassen, wie beispielsweise die Bl\u00fctenfarbe, Samenform oder Samenfarbe. Bei seinen ber\u00fchmten Kreuzungsversuchen konnte Mendel unterschiedliche Formen der Merkmalsvererbung beobachten \u2013 er analysierte daf\u00fcr rund 30.000 Pflanzen \u2013 und leitete daraus die Mendelschen Regeln ab. Diese Gesetzm\u00e4\u00dfigkeiten dienen auch heute noch als Grundlage der Vererbungslehre und verliehen Mendel den Namen \u201eVater der Genetik\u201c. Von den verschiedenen Erbsensorten, die Mendel f\u00fcr seine Versuche verwendete, hat es haupts\u00e4chlich die gr\u00fcne Erbse mit der glatten Schote auf unsere Teller geschafft. Kreuzungsversuche mit Pflanzen gab es schon lange vor Mendel, allerdings dienten diese einem anderen Zweck, n\u00e4mlich dem der Pflanzenz\u00fcchtung.<\/p>\n

Es begann in der Steinzeit: Von der Wildpflanze zur Kulturpflanze<\/h2>\n

Die Geschichte der Pflanzenz\u00fcchtung \u00adgeht nach heutigem Wissen bis in die Jungsteinzeit zur\u00fcck. Die Menschen begannen vor rund 12.000 Jahren, Ackerbau zu betreiben und Wildpflanzen anzubauen [1]. Die Pflanzenz\u00fcchtung war eng damit verkn\u00fcpft: Schon damals wurden selektiv immer wieder diejenigen Pflanzen einer Population f\u00fcr die Weitervermehrung verwendet, welche gew\u00fcnschte Eigenschaften besa\u00dfen. Die Vorgehensweise der Steinzeitmenschen entsprach auch jener der heutigen Pflanzenz\u00fcchter: Die ersten Bauern und B\u00e4uerinnen selektierten bewusst die Samen der kr\u00e4ftigsten, geschmackvollsten, sch\u00f6nsten oder ertragreichsten Einzelpflanzen f\u00fcr den Anbau im n\u00e4chsten Jahr. Durch die bewusste Auswahl und Kreuzung erhielten sie in der Tochtergeneration Pflanzen mit erw\u00fcnschten Eigenschaften beider Elternteile, die anschlie\u00dfend vermehrt werden konnten [2].<\/p>\n

Dieses Ausleseverfahren geschah \u00fcber Generationen hinweg. So gingen langsam typische Wildpflanzenmerkmale verloren, und die Pflanzen besa\u00dfen mehr und mehr jene Eigenschaften, die dem Menschen n\u00fctzen. Diesen Prozess bezeichnet man als Domestikation. Es entstanden im Laufe der Zeit Pflanzensorten, die gut an die lokalen Umweltbedingungen angepasst waren. Aus den Wildpflanzen z\u00fcchtete der Mensch die heute bekannten Kulturpflanzen, die uns als Nahrungsmittelquelle dienen. Unsere Kulturpflanzen sind somit nicht das Ergebnis einer Anpassung im Zuge der Evolution, sondern einer Anpassung an die W\u00fcnsche des Menschen und k\u00f6nnen teilweise auf eine Z\u00fcchtungsgeschichte von mehreren tausend Jahren zur\u00fcckblicken [1].<\/p>\n

Methoden der Pflanzenzucht: Von der Selektionsz\u00fcchtung zur DNA-Analyse<\/h2>\n

Fr\u00fcher waren bei der Pflanzenz\u00fcchtung andere Merkmale als heute wichtig, beispielsweise leichte Ernte. Der Fokus hat sich mittlerweile gewandelt: Ziel der Pflanzenzucht ist es, den Ertrag von Kulturpflanzen kontinuierlich zu steigern, ihre Qualit\u00e4t und N\u00e4hrstoffverwertung zu verbessern und \u2013 was in Zeiten des Klimawandels besonders wichtig ist \u2013 sie gegen\u00fcber schwierigen Umweltbedingungen widerstandsf\u00e4higer zu machen.<\/p>\n

Selektionsz\u00fcchtung fr\u00fcher, Kreuzungs- und Kombinationsz\u00fcchtung heute<\/h3>\n

Heute kommen in der Pflanzenzucht auch andere Methoden als fr\u00fcher zum Einsatz. Bis zum Zeitalter von Mendel wurde die schon beschriebene Selektionsz\u00fcchtung angewandt. Diese erlaubte zwar eine Anreicherung guter Merkmale, konnte aber positive Eigenschaften verschiedener Pflanzen nicht in einer Pflanze gezielt vereinen. Das \u00e4nderte sich mit Ende des 19. und zu Beginn des 20. Jahrhunderts: Seit dieser Zeit werden die von Mendel aufgestellten Vererbungsregeln in der Z\u00fcchtung konsequent angewendet. Das Wissen, dass auch gezielt mehrere Merkmale von Pflanzen neu kombiniert werden k\u00f6nnen, dient auch heute noch als Grundlage der so genannten Kreuzungs- und Kombinationsz\u00fcchtung. So etwa k\u00f6nnen eine besonders ertragreiche, aber f\u00fcr eine Krankheit anf\u00e4llige Pflanze und eine weniger ertragreiche, aber gegen die Krankheit widerstandsf\u00e4hige Pflanze einer Art gezielt gekreuzt werden. Unter den Nachkommen dieser beiden Pflanzen finden sich mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit auch Pflanzen, die beide guten Eigenschaften \u2013 hohe Widerstandsf\u00e4higkeit und hohen Ertrag \u2013 vereinen [2].<\/p>\n

DNA-Analysen f\u00fcr die Pflanzenz\u00fcchtung<\/h3>\n

Waren anfangs noch die \u00e4u\u00dferlich sichtbaren Eigenschaften einer Pflanze \u2013 der so genannte Ph\u00e4notyp \u2013 Grundlage f\u00fcr die Z\u00fcchtung, gab es hier in der zweiten H\u00e4lfte des 20. Jahrhunderts Neuerungen: Die Entwicklung der DNA-Sequenzierungstechnik erlaubt es seither, auch die Information aus der DNA von Pflanzen \u2013 den so genannten Genotyp \u2013 f\u00fcr Z\u00fcchtungen heranzuziehen. Gentests erm\u00f6glichten im Laufe der Zeit, bestimmte Eigenschaften von Pflanzen auch bestimmten Genen oder Gengruppen zuzuordnen. Durch Gentests kann deren Vererbung an die Nachkommen untersucht werden, was die f\u00fcr Z\u00fcchtungen ben\u00f6tigte Zeit enorm verk\u00fcrzt.<\/p>\n

Vielfalt \u2013 die Basis der Pflanzenz\u00fcchtung<\/h2>\n

Seit Beginn des 20. Jahrhunderts gibt es landwirtschaftliche Betriebe, die sich auf Pflanzenz\u00fcchtung spezialisiert haben. Sie erzeugen Saatgut und verkaufen dieses an Landwirte und Landwirtinnen. Manche betreiben dieses Gewerbe schon seit mehreren Generationen und haben ihr Wissen auch schon dementsprechend lang weitergegeben.<\/p>\n

F\u00fcr die Pflanzenzucht m\u00fcssen die Z\u00fcchterInnen seit jeher auf eine gewisse Pflanzenvielfalt in ihrem Zuchtgarten zur\u00fcckgreifen k\u00f6nnen. Eine m\u00f6glichst gro\u00dfe genetische Variabilit\u00e4t innerhalb einer Art \u2013 also m\u00f6glichst viele Pflanzen, die sich in ihren Erbanlagen unterscheiden \u2013 ist die Basis f\u00fcr die Entwicklung von Pflanzensorten mit neuen oder verbesserten Eigenschaften [2, 3].<\/p>\n

Reicht die Vielfalt an Pflanzen im eigenen Zuchtgarten nicht mehr aus, k\u00f6nnen Z\u00fcchterInnen heute auf so genannte Genbanken zur\u00fcckgreifen. Diese bewahren Samenmuster verschiedener Arten in speziellen K\u00fchlr\u00e4umen auf, die so \u00fcber mehrere Jahrzehnte keimf\u00e4hig bleiben und in Kleinmengen f\u00fcr die Z\u00fcchtung angefordert werden k\u00f6nnen. So etwa k\u00f6nnen gezielt Pflanzen bzw. deren Samen angefordert werden, die an bestimmte Bedingungen besonders gut angepasst sind. Durch Kreuzung dieser Pflanzen mit einer vorhandenen Kultursorte kann diese Eigenschaft \u00fcbertragen werden. Auch ein Aussterben von Kulturpflanzen soll mit Genbanken verhindert werden. Eine der weltweit gr\u00f6\u00dften Genbanken ist die des Leibniz-Instituts und befindet sich im deutschen Gatersleben. Sie besteht aus \u00fcber 150.000 Samenmustern von mehr als 3.000 Pflanzenarten [4]. Ebenfalls sehr bekannt ist die norwegische Genbank auf Spitzbergen. Auch in \u00d6sterreich gibt es zahlreiche Genbanken, wie beispielsweise jene der Agentur f\u00fcr Gesundheit und Ern\u00e4hrungssicherheit (AGES) in Linz.<\/p>\n

Lange Geschichte der Kulturpflanzen: Beispiele Mais und Weizen<\/h2>\n

Dass die gr\u00fcne Erbse mit der glatten Schote das Ergebnis jahrhundertelanger Z\u00fcchtung ist, wurde bereits erw\u00e4hnt. Auch bei vielen anderen Kulturpflanzen ist das der Fall, wie beispielsweise f\u00fcr Getreide, das zu den \u00e4ltesten heute bekannten Kulturpflanzen z\u00e4hlen.<\/p>\n

Weizen<\/h3>\n

Die Geschichte des Weizens beginnt vor \u00fcber 10.000 Jahren mit dem Getreide Einkorn [5]. \u00a0Dies ist ein S\u00fc\u00dfgras und wurde schon damals im Vorderen Orient vom Menschen angebaut. Durch eine zuf\u00e4llige Kreuzung mit einem anderen Wildgras entstand der Wildemmer (Zweikorn) und durch gezielte Z\u00fcchtung schlie\u00dflich der Hartweizen, der vor allem f\u00fcr die Herstellung von Nudeln noch heute angebaut wird. Durch Kreuzung mit anderen Wildgr\u00e4sern und weitere Z\u00fcchtung entstanden aus dem Wildemmer auch Dinkel und Weichweizen. Weichweizen wird auch als Brotweizen bezeichnet und stellt heute die wirtschaftlich bedeutendste Weizenart dar. Aus ihm werden Grie\u00df, Mehl und Vollkornprodukte hergestellt. Weizen stellt heute, bezogen auf die Anbaufl\u00e4che, das weltweit wichtigste Getreide dar [6].<\/p>\n

Mais<\/h3>\n

Mais ist eine der \u00e4ltesten Kulturpflanzen der Welt und stammt urspr\u00fcnglich von einem einfachen Wildgras in Mexiko ab. Zu seiner Entwicklung gibt es zahlreiche Theorien. Eine davon besagt, dass sich Mais aus einer Urform entwickelte, die dann ausgestorben ist [7]. Doch die Wissenschaft geht heute von einem anderen, wahrscheinlicheren Szenario aus: Schon vor etwa 8700 bis 9000 Jahren begannen die Indios vermutlich mit der gezielten Auswahl und Kreuzung der Teosinte \u2013 einer Gr\u00e4serart, die es auch heute noch gibt [8]. Diese hatte damals jedoch eine Kolbengr\u00f6\u00dfe von maximal 2,5 Zentimetern, wie Funde belegen. Durch jahrtausendelanges Kultivieren und Z\u00fcchten entstand der Mais, wie wir ihn heute kennen \u2013 mit viel gr\u00f6\u00dferen Kolben. Er hat sich mittlerweile als meistangebautes Getreide etabliert und steht auch in der EU an zweiter Stelle [9].<\/p>\n

Referenzen:<\/strong><\/p>\n

[1] Pflanzenforschung.de: Was ist Pflanzenz\u00fcchtung?<\/a><\/p>\n

[2] Pflanzenforschung.de: Pflanzenz\u00fcchtung (Z\u00fcchtungsmethoden)<\/a><\/p>\n

[3] PFLANZEN. FORSCHUNG. ETHIK. Gr\u00fcne Biotechnologie im Kontext: Klassische Pflanzenz\u00fcchtung \u2013 Eine lange Geschichte (letzte Aktualisierung 2017)<\/a><\/p>\n

[4] IPK Leibniz-Institut: Genbank Gatersleben.<\/a><\/p>\n

[5] Charmet G.: Wheat Domestication: Lessons for the Future (2011). Comptes Rendus Biologies, 334, 212-220.<\/a><\/p>\n

[6] Pflanzenforschung.de: Vom wilden S\u00fc\u00dfgras zum modernen Weizen. Eine lange Z\u00fcchtungsreise, die noch lange nicht zu Ende ist.<\/a><\/p>\n

[7] Liu J., Fernie AR, Yan J.: The Past, Present, and Future of Maize Improvement: Domestication, Genomics, and Functional Genomic Routes toward Crop Enhancement (2019). Plant Commun. 2019 Nov 27;1(1):100010. doi: 10.1016\/j.xplc.2019.100010. PMID: 33404535; PMCID: PMC7747985.<\/a><\/p>\n

[8] Brunson K., Reich D.: The Promise of Paleogenomics Beyond Our Own Species (2019). Trends Genet. 2019 May;35(5):319-329. doi: 10.1016\/j.tig.2019.02.006. Epub 2019 Apr 4. PMID: 30954285.<\/a><\/p>\n

[9] Europ\u00e4ische Kommission: Getreidestatistiken<\/a><\/p>\n

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Erbsen haben eine lange Geschichte: Sie dienten Gregor Mendel schon im 19. Jahrhundert f\u00fcr seine ber\u00fchmten Experimente zu den Gesetzm\u00e4\u00dfigkeiten der Vererbung. Die bESSERwisser haben zur Arbeit Mendels und zu den Urspr\u00fcngen der Z\u00fcchtung heutiger Nutzpflanzen recherchiert. Die Geschichte unserer Kulturpflanzen geht bis ins 12. Jahrhundert v.Chr. zur\u00fcck. Gregor Mendel: Erbsenz\u00e4hler und Vater der Genetik […]<\/p>\n","protected":false},"author":4,"featured_media":2821,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":[],"categories":[30],"tags":[417,418,415,175,416,419,420,421],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.openscience.or.at\/hungryforscienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2808"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.openscience.or.at\/hungryforscienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.openscience.or.at\/hungryforscienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.openscience.or.at\/hungryforscienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/4"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.openscience.or.at\/hungryforscienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=2808"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/www.openscience.or.at\/hungryforscienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2808\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":2822,"href":"https:\/\/www.openscience.or.at\/hungryforscienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2808\/revisions\/2822"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.openscience.or.at\/hungryforscienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/media\/2821"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.openscience.or.at\/hungryforscienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=2808"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.openscience.or.at\/hungryforscienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=2808"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.openscience.or.at\/hungryforscienceblog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=2808"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}