Beschleunigte Hochpräzisionszüchtung für klimaangepasste Zuckerrübenvarianten

Ein Paradigmenwechsel ist notwendig, um die landwirtschaftliche Produktivität, die Ernährungssicherheit und den wirtschaftlichen Wohlstand im Angesicht des Klimawandels zu gewährleisten, doch dies wird durch die aktuelle politische und regulatorische Landschaft behindert. Beispiele dafür sind das schrittweise Verbot etablierter Pflanzenschutzmittel in der Gemeinsamen Agrarpolitik (Ziel: 50% Reduktion bis 2030) sowie die aktuellen Vorschriften zu neuen genomischen Technologien (NGTs) wie Genome Editing (GE). Um die deutschen und europäischen Landwirtschafts- und Zuchtsektoren wettbewerbsfähig zu halten, sind fortschrittliche und nachhaltige Technologien erforderlich, um die Auswirkungen des Klimawandels zu mildern und die Züchtung klimaresilienter Sorten zu beschleunigen, die die Ernteproduktivität aufrechterhalten.

Die Zuckerrübe ist eine wichtige Nutzpflanze, aber molekulare Züchtungsansätze sind aufgrund der langen Generationszeit, langwieriger Selektionsverfahren und des Mangels an effizienten Genome Editing (GE)-Methoden eine Herausforderung. Das mittelständische deutsche Züchtungsunternehmen Strube hat das interdisziplinäre Projektkonsortium BeetAdapt zusammengestellt, das Experten für GE (JLU), Transformation (IME), Biostatistik (UHOH), autonome Phänotypisierung (IfZ) und Zuckerrübenforschung vereint. Im Rahmen des Projekts wird ein neuartiges Instrumentarium von Pflanzenzüchtungstechnologien und kombinatorischen Ansätzen entwickelt, um die Erzeugung klimaangepasster Zuckerrübensorten zu beschleunigen.

Dabei werden modernste Technologien mit neuartigen GE-Methoden, Hochdurchsatz-Phänotypisierung und phänomischer Selektion kombiniert, wobei der Schwerpunkt auf zwei biotischen und zwei abiotischen Merkmalen liegt. Zum ersten Mal werden wir einen neuartigen Satz von Endonukleasen in Kulturpflanzen testen, kombiniert mit einem innovativen DNA-freien Transfektionsprotokoll, das auf Lasertechnologie basiert. Außerdem werden wir innovative thermische und multispektrale Bildgebungstechnologien mittels Drohnen und neuartigen, auf KI-basierenden Modellen und biostatistischen Vorhersageansätzen für die phänomische Selektion von Elitesorten, die autonome Krankheitserkennung und die Ertragsprognose kombinieren. Ausgestattet mit neuen Erkenntnissen wird BeetAdapt einen Fahrplan für den Transfer neuer Technologien in laufende beschleunigte Züchtungsprogramme liefern und damit die Wettbewerbsfähigkeit des deutschen Züchtungssektors und die Sicherheit der Lieferketten für landwirtschaftliche Erzeugnisse erhöhen.

Wesentliche Aufgaben des Fraunhofer IME im Projekt sind die Entwicklung von Transformationsmethoden für Zuckerrüben insbesondere die neuartige Laser-induzierte Schockwellen-Transformation und DNA-freie Genom-Editierung. Hierbei werden wir an der gezielten Genmodifikation arbeiten, um spezifische Merkmale wie Resistenz gegen Nematoden und Dürretoleranz in Zuckerrüben zu fördern, die auf die Anpassung von Zuckerrüben an den Klimawandel abzielen.