Neue Weizensorte trotzt versalzten Böden

Die Versalzung von Ackerböden ist in trockenen, ariden Regionen der Welt ein zunehmendes Problem. Durch den ständigen hohen Verdunstungssog gelangen gelöste Bodensalze in die oberen, fruchtbaren Bodenschichten und machen ihn für die Landwirtschaft unbrauchbar. Oft ist eine falsche Bewässerung der Grund für die Versalzung. Einige Länder Nordafrikas haben auf diese Weise schon die Hälfte ihrer fruchtbaren Ackerböden eingebüßt.

Viele Kulturpflanzen wachsen auf versalzten Böden nur schlecht oder gar nicht. Die Salze lagern sich in den Blättern der Pflanzen an und hemmen dort die Photosynthese und das Wachstum der Pflanzen. Darüber hinaus leiden die Pflanzen unter Trockenstress, weil die gelösten Bodensalze das Wasser im Boden binden und die Aufnahme von Wasser über die Wurzeln erschweren.

Eine Weizensorte, die bisher besonders schlecht auf Böden mit hohem Salzgehalt wuchs, ist der Hartweizen Triticum turgidum durum. Hartweizen wird hauptsächlich zum Herstellen von Pasta und Couscous verwendet und ist neben dem Brotweizen die zweit wichtigste Weizenart weltweit. Durch die intensive Kultivierung, ist der wärmeliebende Kulturhartweizen ertragreicher geworden, hat aber dafür eine wichtige Fähigkeit verloren. Ihm fehlen Gene, die eine Ablagerung der Salze in den Blättern verhindern.

Wissenschaftler kreuzten den Hartweizen deshalb mit einem seiner Vorfahren, dem Einkorn Triticum monococcum. Dieser besitzt noch Gene, die T. monococcum auch bei hohen Salzkonzentrationen wachsen lässt und die die Wissenschaftler in den Hartweizen einbrachten. Das entscheidende Einkorn-Gen, das die Pflanzen vor zu hohen Salzkonzentrationen schützt heißt tmHKT1;5-A . Das Gen verschlüsselt das Protein HKT (high-affinity potassium transporter), das den Transport der Salze von der Wurzel in die Blätter verhindert. HKT entfernt überschüssiges Salz aus den Leitgefäßen der Wurzeln und sorgt auf diese Weise dafür, dass diese nicht zur Sprossachse und den Blätter gelangen.

Dass das Protein als spezifischer Salztransporter funktioniert, demonstrierten die Wissenschaftler an den unbefruchteten Eiern von Krallenfröschen. Krallenfroscheier werden in der biologischen Forschung häufig dazu genutzt, um den Austausch von Ionen durch eine Membran hindurch zu messen, da sie besonders groß und leicht zu manipulieren sind. Das an einen Fluoreszenzmarker gekoppelte, sichtbare HKT befand sich in den Froscheiern immer an der Zellmembran. Darüber hinaus reicherten Eier, die das Protein produzierten, im Vergleich zu Eiern ohne HKT die doppelte Menge an Salzen an. Für die Wissenschaftler ist das ein Beweis dafür, dass das Protein Salze durch Zellmembranen schleusen kann.

Freilandversuche auf versalzten Feldern im Weizengürtel Australiens zeigten, dass HKT produzierende Weizensorten im Vergleich zu den herkömmlichen Hartweizensorten 12 Mal weniger Salz in ihren Blättern anreichern. Als entscheidenden Durchbruch werten die Wissenschaftler dabei, dass diese Fitnesssteigerung zu keinem Ertragsverlust führte, wie es bei den bisherigen trockentoleranten Getreidesorten der Fall ist. Auf Feldern mit durchschnittlichen Salzkonzentrationen waren die Weizensorten mit dem tmHKT1;5-A-Gen genauso ertragreich, wie die herkömmlichen Sorten. Auf salzigen Böden waren die neuen Sorten jedoch deutlich überlegen und lieferten rund ein Viertel mehr Ertrag. „Besonders für Bauern, deren Felder nur teilweise versalzene Stellen aufweisen ist das von großem Vorteil“, sagt Richard James, Autor der Studie. „Bei unterschiedlichen Salzkonzentrationen müssen sie trotzdem nur eine Weizensorte anpflanzen.“ Im Rahmen des australischen Durum Wheat Improvement Programmes planen Wissenschaftler jetzt, das Salztoleranz-Gen in weitere Weizenvarianten einzubringen. Erste Experimente im Treibhaus haben bereits gezeigt, dass sich mit dem Gen auch die Salztoleranz im Brotweizen steigern lässt.

Quellen:
R. Munns et al. (2012): Wheat grain yield on saline soils is improved by an ancestral Na+ transporter gene. In: Nature Biotechnology. Online Publikation, März 2012, DOI: 10.1038/nbt.2120