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MaltBarOmics – Projektabschluss in der Wintergersten-Züchtung: MalzGersteOmics

Die Verbesserung von Wintergerstensorten ist ein zentrales Ziel der modernen Pflanzenzüchtung, insbesondere angesichts steigender Anforderungen an Kornertrag, Malzqualität für die Brauindustrie und Resilienz gegenüber biotischen Stressfaktoren. Im Rahmen dieses Projekts standen Wintergerstensorten der Saatzucht Edelhof 
im Fokus, mit dem Ziel, den Kornertrag zu steigern, die Malzqualität zu verbessern und die Resistenz bzw. Toleranz gegenüber dem Gerstengelbverzwergungsvirus (Barley yellow dwarf virus, BYDV) zu erhöhen – einem bedeutenden Risiko für die Gerstenproduktion, insbesondere
unter zunehmend warmen Herbstbedingungen.

Zur Unterstützung dieser Züchtungsziele wurden zwei moderne wissenschaftliche Ansätze kombiniert. Die Genomik wurde eingesetzt, um die DNA
der Gerstenpflanzen zu untersuchen und nützliche genetische Unterschiede zu identifizieren, während die Transkriptomik analysierte, wie Gene während spezifischer Prozesse, etwa der Keimung im Mälzungsprozess, aktiviert werden.

Es wurde ein umfangreicher und vielfältiger Datensatz ausgewertet. Dieser umfasste historische Feld- und Qualitätsdaten seit 2011, DNA-Sequenzierungsdaten
von mehr als 1.000 Gerstensorten und Zuchtlinien sowie RNA-Sequenzierungsdaten von neun Braugersten-Sorten, die während der Keimungsphase der Mikro-Mälzung beprobt wurden. Zusätzlich wurden langjährige Mikro-Mälzungsdaten herangezogen, um die RNA-Seq-Ergebnisse zu stützen und zu interpretieren.

Die RNA-Sequenzierungsanalysen zeigten deutliche Unterschiede in der Genaktivität zwischen Gerstensorten mit unterschiedlicher Malzqualität. Diese Ergebnisse ermöglichen die Identifikation von Genen, die eine Schlüsselrolle für die Mälzungsleistung spielen, und liefern wertvolle Erkenntnisse sowohl für die wissenschaftliche Forschung als auch für die praktische Züchtung.

Die DNA-Sequenzierungsanalysen identifizierten spezifische genetische Marker, sogenannte Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs), die mit wichtigen Malzqualitätsmerkmalen assoziiert sind. Diese SNPs können in KASP-Marker (Kompetitive Allel-Spezifische PCR) überführt werden – effiziente und kostengünstige Werkzeuge, mit denen Züchter vielversprechendes Zuchtmaterial gezielt auswählen können.

Eine der größten Herausforderungen in der Braugerstenzüchtung ist, dass die Bewertung der Malzqualität teuer ist und in frühen Zuchtgenerationen nicht auf eine
große Anzahl von Proben angewendet werden kann. In dieser Phase erfolgt die Selektion meist allein anhand von Kornertrag und Pflanzengesundheit, was häufig zum Verlust von Stämmen mit hohem Malzpotenzial führt. Durch den Einsatz genetischer Marker können Züchter bereits in frühen Generationen auf Malzqualität
selektieren und wertvolles genetisches Material erhalten.

Ein zentrales Ergebnis des Projekts war die Identifikation und Validierung von etwa 16 SNP-Markern, die auf Basis historischer Mikro-Mälzungsdaten mit der
Malzqualität assoziiert sind. Diese Marker werden nun zu KASP-Markern weiterentwickelt und bieten den Züchtern ein leistungsfähiges Werkzeug für die frühe
Selektion hochwertiger Braugerstenlinien.

Durch den Einsatz der markerunterstützten Selektion (MAS Marker Assisted Selection) kann die Saatzucht Edelhof Gerstensorten und Zuchtlinien mit BYDV-Toleranz effizient entwickeln, indem bekannte Resistenzmarker, wie etwa die Ryd2 -Gene, gezielt genutzt werden. Ergänzend ermöglicht die Anwendung der Dopple-Haploid-Technologie die schnelle Entwicklung genetisch homogener Stämmen und beschleunigt den Züchtungsprozess erheblich. So können vielversprechende BYDV-tolerante Braugerstenlinien bereits in frühen Zuchtgenerationen identifiziert werden.

Das Projekt zeigt eindrucksvoll, wie moderne genetische Methoden die klassische Pflanzenzüchtung sinnvoll ergänzen können. Durch die Kombination langjähriger Felderfahrung mit genomischen und transkriptomischen Analysen wird die Gerstenzüchtung präziser, effizienter und nachhaltiger. Die erzielten Ergebnisse
unterstützen Landwirte, stärken die regionale Brauwirtschaft und tragen dazu bei, die Landwirtschaft an die zunehmenden Herausforderungen des Klimawandels anzupassen.

Dieses Projekt wurde im Rahmen des FFG-Bridge-Programms Nr. 41745015 gefördert und in enger Zusammenarbeit zwischen der Universität für Bodenkultur
-Institut für Pflanzenzüchtung und Genomik als wissenschafltichem Partner, sowie den Projektpartnern Saatzucht Edelhof GmbH, Saatzucht Edelhof Landwirtschaftliche Fachschule und dem Verein zur Förderung einer nachhaltigen und regionalen Pflanzenzüchtung durchgeführt.

Dr. Mina Zamini, Züchterin Wintergerste a.D.