Unsere FuE-Projekte rund um die Kartoffel

Kartoffel - Fakten

3.
meistverzehrtes Lebensmittel weltweit

159
Länder bauen weltweit Kartoffeln an

5 000
Sorten weltweit

Kartoffelstärke spielt als nachwachsender Rohstoff in ganz unterschiedlichen Industriezweigen eine wichtige Rolle. Das breite Spektrum der stofflichen Nutzung im Non-Food-Bereich reicht von Papier und Farben über Werk- und Verbundwerkstoffe bis hin zu Kosmetika, Biokunststoffen und Pharmazeutika. Kartoffelstärke besteht aus zwei Bausteinen, im industriellen Fokus steht meist das Amylopektin, die gleichzeitige Anreicherung des zweiten Bausteins Amylose ist unerwünscht.

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Bunte Kartoffeln sind nicht nur schön anzusehen, sondern auch gesundheitsfördernd, da sie im Gegensatz zu ihren blassen Artgenossen größere Mengen an farbigen, sekundären Pflanzenstoffen enthalten, sogenannte Anthozyane. Um diese möglichst vielen Menschen zugänglich zu machen, wurden im Projekt »MoMaPo« (Molecular markers for the generation of potatoes with enhanced anthocyanin content) molekulare Werkzeuge zur gezielten Züchtung derartiger Kartoffeln entwickelt.

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Viele wertgebende Merkmale werden rezessiv vererbt, für die Ausprägung in der tetraploiden Kartoffel müssen alle vier Kopien des Gens identisch - inaktiv oder aktiv - sein. Durch die Einkreuzung weiterer erwünschter Eigenschaften gehen die rezessiven Merkmale verloren und müssen in einem weiteren Kreuzungsschritt wiederhergestellt werden. Dadurch erhöht sich der Kreuzungs- und Selektionsaufwand in der Kartoffelzüchtung um ein Vielfaches. Die Selektion der rezessiven Allele erfolgt in der Regel durch Sequenzierung. Diese ist jedoch bei steigenden Pflanzenzahlen kaum noch möglich und zudem sehr teuer.
Im Projekt »Hochdurchsatzanalytik für eine TILLING-adaptierte Stärkekartoffel-Züchtung« stand daher die Entwicklung kürzerer Züchtungszyklen und deren Kombination mit einer Hochdurchsatzanalytik im Mittelpunkt der FuE-Aktivitäten.

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Die natürlichen Populationen (Wildpflanzen, Landrassen) der Kartoffel stellen ein wichtiges Reservoir ihrer genetischen Vielfalt dar. Sie sind eine bedeutende Quelle wertvoller Gene und Eigenschaften für die Züchtung. Im Projekt »Advantage« eröffnet sich über die Kooperation mit der Universidad Austral de Chile die Möglichkeit eine der wichtigsten Kartoffelgenbanken Chiles zu nutzen. Ziel des bilateralen deutsch-chilenischen Projekts »Advantage« die Verbesserung verschiedener Eigenschaften der Kartoffel, die derzeit für Lebensmittel und/oder industrielle Anwendungen nachteilig sind.

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Kartoffelpflanzen sind anfällig für eine Vielzahl wirtschaftlich relevanter Viren, die die Knollenqualität beeinträchtigen und die Erträge um bis zu 50 Prozent reduzieren. Eine der größten Bedrohungen stellt die viröse Eisenfleckigkeit dar: Eine Knollennekrose, die durch das Tabak-Rattle-Virus (TRV) verursacht und durch Nematoden übertragen wird.
Im Projekt TRV2GO wurde daher ein einfacher, stabiler, sensitiver, ohne spezielle Ausstattung durchführbarer und somit praxistauglicher Nachweis entwickelt. Das Diagnoseverfahren beruht auf einer isothermalen Amplifikation viraler Genabschnitte, kombiniert mit einem spezifischen Nachweis der Amplifikationsprodukte mittels Lateral-Flow Dipstick.

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Weltweit verursachen Schaderreger signifikante Verluste bei der Kartoffelernte. Das vom BMEL geförderten Verbundprojekt ADLATUS hat sich daher das Ziel gesetzt die Resistenz der Kartoffel gegenüber bedeutenden Schaderregern zu verbessern. Mithilfe neuer Wirtsfaktoren sowie bestehender Abwehrmechanismen soll die Abwehr der Kartoffel insbesondere gegenüber Viren und Fadenwürmer (Nematoden) gestärkt und Erträge künftig gesichert werden. Im Fokus stehen dabei bedeutende Quarantäne- und Nichtquarantäneschaderreger wie Wurzelgallennematoden (Meloidogyne chitwoodi), Kartoffelvirus Y,  Kartoffelblattrollvirus und Tabak-Rattle-Virus.

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Neben der Stärke enthalten Kartoffelknollen bis zu 6 Prozent ihres Trockengewichts an Proteinen. Proteaseinhibitoren machen 1-10 Prozent der Gesamtproteine aus und spielen verschiedene Rollen bei der Pflanzenentwicklung und der Abwehr von Schädlingen und Krankheitserregern. Um den Funktionsumfang der natürlichen Vielfalt von Kartoffelproteaseinhibitoren zu erforschen, haben Fischer et al. 9 600 cDNA-Klone aus reifen Knollen von zehn Kartoffelsorten ausgewählt und sequenziert. Unter diesen wurden 120 einzigartige Inhibitor-cDNA-Klone durch Homologiesuche identifiziert. 88 Inhibitoren stellten neue Sequenzvarianten bekannter pflanzlicher Proteaseinhibitor-Familien dar. 23 Inhibitoren wurden nach heterologer Expression in der Hefe Pichia pastoris funktionell charakterisiert und auf ihre inhibitorische Aktivität getestet, wobei sich potenzielle biotechnologische oder medizinische Anwendungen zeigten. Fischer et al. 2015