Entschlüsselte Hafergene eröffnen Chancen für klimafeste Sorten

Die Hafersorten, die wir heute kennen, stehen wie viele Nutzpflanzen vor neuen Herausforderungen: Sie sind nicht an steigende Durchschnittstemperaturen, zunehmende Trockenheit und sich neu entwickelnde Pflanzenkrankheiten angepasst. Um Sorten züchten zu können, die mit den sich schnell verändernden Bedingungen Schritt halten können, wird ein möglichst genaues Wissen über ihre Genetik immer wichtiger.

Forschende von Helmholz Munich, der TUM und des Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung haben nun gemeinsam mit internationalen Forschungspartnern das Pangenom von 33 Haferlinien entschlüsselt. Ein Pangenom bildet die gesamte genetische Vielfalt der untersuchten Sorten ab, umfasst also nicht nur Gene, die in allen Pflanzen vorkommen, sondern auch solche, die nur in bestimmten Pflanzen vorhanden sind. Die Ergebnisse des Teams wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Genetische Vielfalt besser verstehen und nutzen

Das Team sequenzierte und analysierte die Genome von Haferlinien aus vielen Regionen der Welt. Das Pangenom bildet somit laut den Forschenden einen großen Umfang der gesamten genetischen Hafer-Diversität ab. „Unsere Ergebnisse bilden ein Fundament, das uns helfen wird, zu verstehen, welche Gene für Ertrag, Klimaanpassung und Pflanzengesundheit wichtig sind“, erklärt Prof. Nadia Kamal die Bedeutung des Hafer-Pangenoms. Sie ist ehemalige Helmholtz Munich-Wissenschaftlerin und aktuell Professorin für Computational Plant Biology an der TUM.

Die Forschenden untersuchten hierfür 26 kultivierte Sorten, unter ihnen auch alte Sorten, und verschiedene wilde Sorten. Alte und wilde Sorten in die Untersuchung zu integrieren war für das Team wichtig, da moderne Zuchtsorten vorrangig auf Ertrag hin gezüchtet wurden – mitunter zu Lasten anderer Eigenschaften, die sich künftig als günstig erweisen könnten. Diese könnten in alten und wilden Sorten überlebt haben und sie zum Beispiel robuster gegenüber Trockenheit oder Krankheiten machen.

Verzeichnis der Gen-Aktivität

Das Forschungsteam hat auch untersucht, wie Tausende von Genen im Hafer in verschiedenen Pflanzenteilen und Linien aktiv sind, und konnte so zeigen, dass Hafer ein besonderes Potenzial zur Anpassung und Widerstandsfähigkeit besitzt. So spiegeln Unterschiede in den Genexpressionsmustern oft auch die geografische Herkunft der Linien wider – ein Hinweis darauf, dass sich Haferpopulationen durch fein abgestimmte Genregulation an unterschiedliche Umweltbedingungen angepasst haben. Auf dieser Basis wurde ein Pantranskriptom von 23 der im Pangenom untersuchten Haferlinien erstellt – ein Aktivitäts-Verzeichnis der Gene. „Die Kombination aus Pangenom und Pantranskriptom eröffnet neue Möglichkeiten, Haferlinien zu züchten, die sowohl ertragreich als auch an unterschiedliche Klimabedingungen angepasst sind“, sagt Prof. Manuel Spannagl von Helmholtz Munich, einer der Studienleiter. 

„Hafer macht zwar im Vergleich zu Weizen, Reis und Mais einen kleineren Anteil am Markt aus, dennoch ist es wichtig, ihn in der Diskussion um klimaresilientes Getreide nicht aus dem Blick zu verlieren“, sagt Nadia Kamal. „Nicht nur ist es für unsere Gesundheit gut, eine große Bandbreite von Nahrungsmitteln zur Verfügung zu haben. Wir schaffen somit auch die Möglichkeit, etwaige Ernteausfälle anderer Arten zumindest teilweise ausgleichen zu können.“ 

Original-Publikation

Avni et al., 2025: A pangenome and pantranscriptome of hexaploid oat. Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-09676-7