Die Vielfalt des Lebens

Ernährung für die Zukunft

27. August 2019 Forschung zur Sicherstellung unserer Ernährung

Der einzigartige „Cluster of Excellence on Plant Sciences (CEPLAS)“ konzentriert sich ausschließlich auf die genetischen Grundlagen von Pflanzenmerkmalen. Der Exzellenzcluster will nichts Geringeres, als dabei mitzuhelfen, die Ernährung der Menschheit sicherzustellen. Immerhin muss die Erde im Jahr 2050 zwei Milliarden Menschen mehr ernähren als heute.

Die Anforderungen von Pflanzen an Wasser und Nährstoffe insbesondere in der Landwirtschaft spielen eine entscheidende Rolle für eine gesicherte Ernährung – vor allem mit Blick auf die Herausforderungen einer wachsenden Weltbevölkerung.

Im Jahr 2050 wird die Erde zwei Milliarden Menschen mehr ernähren müssen, als heute. Erschwerend kommt hinzu, dass die Wetterextreme zunehmen. Meldungen über Trocken- und Nassrekorde bestimmen immer wieder die Schlagzeilen – wie der deutsche Hitzesommer 2018. Damit einhergehen Dürreperioden, Überschwemmungen, Ernteverluste und Hungersnöte. Dieser weltweiten Herausforderung stellt sich der 2018 bewilligte „Cluster of Excellence on Plant Sciences (CEPLAS)“, der sich ausschließlich auf die genetischen Grundlagen von Pflanzenmerkmalen konzentriert und dabei helfen will, die Ernährung der Menschheit sicherzustellen. „Die Pflanzengenetik bildet die  Grundlage für die Züchtung. Und die wiederum sichert unsere Ernährung“, erklärt Clustersprecher und Pflanzenbiologe Andreas Weber von der Heinrich-Heine-Universität in Düsseldorf. „Je besser wir die Mechanismen verstehen, mit denen Pflanzen Eigenschaften vererben, umso konkreter können wir vorhersagen, welche Eigenschaften wir wie verändern müssen, damit Pflanzen unter bestimmten Umweltbedingungen optimale Erträge liefern.“ Mit diesem Ansatz knüpfen die Forscherinnen und Forscher der Universitäten Köln und Düsseldorf, des Kölner Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) sowie des Forschungszentrums Jülich nahtlos an ihre erfolgreiche Arbeit aus einem vorangegangenen Cluster während der  Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder an.

Ein zentraler Baustein, um die Nahrungsgrundlagen der Weltbevölkerung sicherzustellen, ist die Entwicklung neuer Pflanzensorten, die deutlich ertragreicher sind als heutige Sorten, aber auch unempfindlicher gegen Dürren, erodierte Böden und Extremwetter. Um solche Pflanzen entwickeln zu können, hat „CEPLAS“ einen neuen Forschungsbereich eingerichtet: die Synthetische Biologie. „Während die klassische Pflanzenzucht vom Phänotyp auf den Genotyp schließt, also vom Organismus auf den einzelnen Baustein, fängt man in der Synthetischen Biologie mit den Bausteinen an: Wir versuchen, aus einzelnen Genen oder Proteinen neue Eigenschaften zu konstruieren“, erklärt Weber.

Darüber hinaus interessieren sich die Biologinnen und Biologen des Clusters für die Architektur der Pflanze: inwieweit beispielsweise die Blattform die Fotosyntheseleistung beeinflusst oder die  Anpassung an steigende Temperaturen beziehungsweise CO2-Konzentrationen. Spannende Ergebnisse erwarten sie auch für die Mikrobiome. „Legt die Pflanze fest, welche Mikroben in die Wurzel eindringen dürfen? Oder steuern die Bakterien diesen Vorgang?“, fragen sich Weber und sein Team. Die Experimente basieren auf Werkzeugen, die im Vorgängercluster entwickelt worden sind, zum Beispiel Kultursammlungen von Mikroorganismen aus dem Boden von Pflanzen. „Die setzen wir gezielt neu zusammen und überprüfen ihren Einfluss auf die Pflanzen“, sagt Andreas Weber. So sei man in der Lage, Hypothesen zu überprüfen. „Am Herzen liegt uns das Vertrauen der Gesellschaft in unsere Forschung“, betont Weber. Deshalb suchen die am Cluster Beteiligten das Gespräch mit Bürgerinnen und Bürgern und nutzen beispielsweise Podiumsveranstaltungen, um über Ziele, Möglichkeiten und Risiken der Pflanzenzüchtung aufzuklären und sensible Themen wie die Genom-Editierung und die Genschere CRISPR/Cas9 zu diskutieren.