Gene für Klimaresilienz

Weizen und Gerste sichern seit mehr als 10.000 Jahren die Ernährung menschlicher Gesellschaften und haben sich dabei an neue Lebensräume angepasst, während sich die Landwirtschaft über verschiedene Kontinente ausbreitete.

Nun haben Forschende genetische Gemeinsamkeiten zwischen diesen uralten Nutzpflanzen entdeckt, die dabei helfen könnten, Sorten zu entwickeln, die besser mit Dürre und anderen Umweltbelastungen zurechtkommen.

Alte Pflanzengenome rekonstruieren

Forschende von INRAE, der Universität Clermont Auvergne und dem CNRS verglichen die Genome von 84 modernen Blütenpflanzenarten und rekonstruierten zehn Vorfahrengenome, die mehr als 200 Millionen Jahre zurückreichen.

Diese rekonstruierten Genome, sogenannte Paläogenome, zeigen, wie das Erbgut bei uralten Pflanzen organisiert war und welche Gene im Laufe der Evolution erhalten geblieben sind.

Die Wissenschaftler identifizierten Gene, die bei verschiedenen Pflanzenarten ähnliche biologische Funktionen erfüllen. Solche Gemeinsamkeiten könnten dabei helfen, wichtige landwirtschaftliche Eigenschaften besser zu verstehen – darunter Trockenheitstoleranz, Blütezeit und Ertrag.

Die Ergebnisse wurden im September 2026 in „Molecular Plant“ veröffentlicht und bauen auf einer verwandten Studie auf, die im November 2025 in „Nature Plants“ erschienen war.

10.000 Jahre Anpassung

Weizen und Gerste waren für diese Untersuchung besonders interessant, da beide vor mehr als 10.000 Jahren im Fruchtbaren Halbmond domestiziert wurden. Mit der Ausbreitung der Landwirtschaft waren die Getreidearten zunehmend unterschiedlichen Temperaturen, Niederschlagsmustern und Anbaubedingungen ausgesetzt.

Die Forschenden verglichen 1.420 moderne Weizen- und Gerstensorten, die die genetische Vielfalt aus verschiedenen Teilen der Welt repräsentieren, mit alten Weizenresten, die etwa 5.000 Jahre alt sind.

Ihre Analyse identifizierte rund 100 genetische Varianten, die möglicherweise eine wichtige Rolle bei der Anpassung spielen. Außerdem fanden sie Hinweise auf eine konvergente Selektion. Damit ist gemeint, dass verschiedene Nutzpflanzen unter vergleichbaren Umweltbedingungen ähnliche genetische Eigenschaften entwickeln oder beibehalten.

Beim Weizen bestätigte das Team die Beteiligung von drei Genen, die zuvor bereits bei anderen Pflanzenarten untersucht worden waren. Zwei davon beeinflussen Ertrag und Blütezeit, während das dritte an der epigenetischen Regulation beteiligt ist. Dabei wird die Aktivität von Genen beeinflusst, ohne die zugrunde liegende DNA-Sequenz zu verändern.

Gemeinsame Gene und Widerstandsfähigkeit gegenüber dem Klima

Eine wichtige Entdeckung war, dass Weizen und Gerste trotz ihrer unterschiedlichen Evolutionsgeschichte teilweise ähnliche genetische Reaktionen zeigen.

Die Forschenden fanden Hinweise auf eine Selektion, die mit landwirtschaftlicher Produktivität und der Anpassung an Umweltstress zusammenhängt. Gleichzeitig stellten sie genetische Unterschiede zwischen Populationen aus verschiedenen geografischen Regionen fest.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Vergleich verwandter Nutzpflanzen nützliche genetische Eigenschaften sichtbar machen könnte, die sonst möglicherweise übersehen würden.

Jérôme Salse, Forschungsdirektor bei INRAE, erklärte, dass die Untersuchung genetischer Veränderungen während der Domestizierung dabei helfen könne, Varianten zu identifizieren, die in Umgebungen mit ähnlichen klimatischen Belastungen wiederholt ausgewählt wurden.

Dieses Wissen könnte Züchtungsprogramme unterstützen, die auf den Klimawandel reagieren.

Neue Werkzeuge für die Pflanzenzüchtung

Die Forschungsteams entwickelten außerdem zwei frei zugängliche Werkzeuge, mit denen Wissenschaftler die Evolution von Pflanzen untersuchen können. Ancestral Genome Reconstruction, kurz AGR, ermöglicht den Vergleich moderner Genome und die Rekonstruktion ihrer ursprünglichen genetischen Strukturen.

OrthoViewer liefert Informationen über konservierte Gene von 84 landwirtschaftlich wichtigen Pflanzenarten. Die Datenbank enthält 1.142 Gene, deren biologische Funktionen und Bedeutung für die Landwirtschaft bereits in der wissenschaftlichen Literatur beschrieben wurden.

Zusammen könnten diese Ressourcen Züchtern dabei helfen, vielversprechende genetische Varianten zu identifizieren und Erkenntnisse aus der Forschung an einer Nutzpflanze auf die Untersuchung einer anderen zu übertragen.

Wie es weitergeht

Die Forschenden weiten ihre Untersuchungen auf weitere wichtige Getreidearten wie Reis, Mais und Sorghum aus. Auch wenn die Ergebnisse nicht unmittelbar zu dürreresistenten Sorten führen, liefern sie potenzielle genetische Ansatzpunkte für künftige Züchtungsprogramme.

Weitere Experimente sind notwendig, um festzustellen, wie sich einzelne Varianten unter realen landwirtschaftlichen Bedingungen auf die Leistung von Nutzpflanzen auswirken.

Durch die Verbindung von Millionen Jahren Evolutionsgeschichte mit moderner Genomanalyse erschließen sich Wissenschaftler neue Möglichkeiten, Eigenschaften zu untersuchen, die die Landwirtschaft widerstandsfähiger gegenüber einem sich verändernden Klima machen könnten.