Wissenschaftler des Nationalen Instituts für Biologie (NIB) in Ljubljana, Slowenien, haben gemeinsam mit internationalen Partnern ein umfassendes Genom-Stoffwechselmodell für Kartoffeln entwickelt. Das Modell, bekannt als potato-GEM, soll die Züchtung von Kartoffelsorten vorantreiben, die widerstandsfähiger gegen Schädlinge und Klimawandel sind und höhere Erträge erzielen.
Die Kartoffel ist eine der wichtigsten Nutzpflanzen weltweit, jedoch anfällig für Krankheiten und Schädlinge. Der Colorado-Kartoffelkäfer kann beispielsweise zu jährlichen Ernteverlusten von bis zu 80 Prozent führen. Wenn Pflanzen Stressfaktoren ausgesetzt sind, verlangsamen sie ihr Wachstum, um Ressourcen für Abwehrmechanismen bereitzustellen. Dieses Dilemma zwischen Wachstum und Abwehr wurde nun mithilfe des potato-GEM-Modells von einem internationalen Team unter der Leitung von Forschern des NIB, der Universität Potsdam und des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie untersucht.
Das potato-GEM-Modell ist die erste groß angelegte Stoffwechselrekonstruktion dieser Art und umfasst den gesamten bekannten Sekundärstoffwechsel der Kartoffelpflanze. Es ermöglicht eine detaillierte Analyse des Zusammenspiels zwischen Wachstums- und Abwehrprozessen. Jan Zrimec vom NIB erklärte, dass die umfassende Rekonstruktion des Stoffwechsels, potato-GEM, den gesamten bekannten Sekundärstoffwechsel dieser wichtigen Kulturpflanze abdeckt. Kristina Gruden, Leiterin der Forschungsgruppe am NIB, fügte hinzu, dass das Verständnis der molekularen Mechanismen der pflanzlichen Stressreaktion Züchtungsstrategien verbessern und die Entwicklung von Kartoffelsorten mit größerer Stressresistenz, höheren Erträgen und besserer Qualität ermöglichen kann.
Die Ergebnisse dieser Forschung, veröffentlicht in der renommierten Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, bieten eine wertvolle Ressource für Pflanzenzüchter und Biotechnologen. Sie können das Modell nutzen, um gezielte Strategien zur Optimierung der Stoffwechselnetzwerke von Pflanzen zu entwickeln und so widerstandsfähige Sorten zu schaffen, die unter schwierigen Wachstumsbedingungen gedeihen können. Die Integration fortschrittlicher computergestützter Techniken und biologischer Daten in die Konstruktion von potato-GEM ermöglicht es den Forschern, eine breite Palette von Stoffwechselszenarien zu simulieren und wertvolle Vorhersagen über die Auswirkungen genetischer Modifikationen auf den Pflanzenstoffwechsel zu treffen. Dies beschleunigt den Züchtungsprozess und optimiert die Entwicklung neuer Pflanzensorten, die auf die sich entwickelnden Anforderungen der modernen Landwirtschaft zugeschnitten sind.
Die Entwicklung von potato-GEM ist ein bedeutender Fortschritt in der Agrarbiotechnologie. Angesichts einer wachsenden Weltbevölkerung und sich verändernder Umweltbedingungen, die zu erheblichen jährlichen Ernteverlusten führen, ist die Sicherung der Ernährungssicherheit von entscheidender Bedeutung. Die Anpassung von Kulturpflanzen für die Zukunft in Bezug auf Ertrag und Qualität ist unerlässlich. Dieses Modell bietet eine wissenschaftliche Grundlage für gezielte Züchtungsbemühungen, die zu erheblichen Verbesserungen der Ernteerträge und -qualität führen und gleichzeitig die Abhängigkeit von Pestiziden verringern könnten. Die Forschung unterstreicht die Notwendigkeit, ein Gleichgewicht zwischen Wachstum und Abwehr zu finden, um die Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen zu erhöhen und die globale Ernährungssicherheit zu gewährleisten.