Komplexe Knolle

Die Kartoffel ist Grundnahrungsmittel für mehr als 1,3 Milliarden Menschen. Dennoch sind die Erfolge der Züchtung marginal. Einige der am meisten verwendeten Kartoffeln wurden schon vor vielen Jahren gezüchtet. Hintergrund ist das komplexe Genom der Kartoffel: Trotz eines erstaunlich kleinen europäischen Genpools unterscheiden sich einzelne Chromosomenkopien so stark wie bei keiner anderen Kulturpflanze. Dass in jeder Zelle vier anstatt nur zwei Genome sind, stellt die traditionelle, kreuzungs-basierte Züchtung vor erhebliche Herausforderungen.

Forschenden der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und dem Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung, ist nun ein wichtiger Fortschritt gelungen: Sie konnten das Genom von zehn historischen Kartoffelsorten rekonstruieren. Dieses Wissen hilft, um weitere Kartoffelgenome einfacher und schneller rekonstruieren zu können.

Die Forschenden wählten historische Sorten aus, die unter anderem schon im 18. Jahrhundert angebaut wurden. Um diese Zeit begannen die europäischen Züchtungsprogramme. Die Ergebnisse zeigten: Der genetische Pool der Kartoffel ist extrem limitiert: Die zehn untersuchten Kartoffeln decken bereits 85 Prozent der genetischen Variabilität aller modernen europäischen Kartoffeln ab.

Flaschenhals-Effekte nach dem Import aus Südamerika

Die Forschenden erklären diesen Befund mit Flaschenhals-Effekten: Von den ohnehin wenigen ab dem 16. Jahrhundert aus Südamerika importierten Kartoffellinien waren die meisten den europäischen Bedingungen nicht gewachsen. Den dadurch reduzierten Genpool machten Krankheiten dann noch kleiner. Das berühmteste Beispiel ist die Knollenfäule, die in den 1840er-Jahren in Irland, aber auch im Rest Europas zu einem fast kompletten Ernteausfall und katastrophalen Hungersnöten führte.

Gleichzeitig zeigte die Studie: Da der Genpool so limitiert ist, gibt es zwar nicht viele unterschiedliche Chromosomen, aber wenn die Chromosomen unterschiedlich sind, dann in einem Ausmaß, wie es bei domestizierten Pflanzen kaum je zu sehen ist. Entstanden seien diese Unterschiede vermutlich vor der Ankunft der Kartoffel in Europa infolge der Vermischung mit Wildarten in Südamerika durch die indigenen Völker, die vor 10.000 Jahren die Kartoffeln domestiziert haben.

Zuletzt entwickelten die Forschenden einen neuartigen Ansatz, mit dem künftig die Genome der circa 2000 bei der Europäischen Union registrierten Kartoffeln analysiert werden können. Statt aufwendig die Daten zu generieren, die man braucht, um ein Genom zu rekonstruieren, werden einfach zu generierende Daten mit den nun bekannten Genomen verglichen, um festzustellen, welche der bekannten Chromosomen in einer Sorte vorhanden sind. Dass das funktioniert, bewiesen die Forschenden beispielhaft an der Kartoffelsorte ‘Russet Burbank’, die seit 1908 existiert und bis heute die Standardsorte für die Herstellung von Pommes frites ist.

Die Forschenden sehen in diesem Wissen über Genomsequenzen die Grundlage für viele Ansätze in der Züchtung.