Wenn Sie regelmäßig auf dem Bauernmarkt sind, kennen Sie vielleicht das Groundcherry, eine kleine geschälte Beere, die einem winzigen gelben Tomatillo ähnelt , aber nach einer fruchtigen Mischung aus Ananas, Kirschtomate und Vanille schmeckt. Wenn Sie Erdfrüchte probiert haben - auch "Schalenkirschen", "Erdbeertomaten" und "Ananastomaten" genannt -, hatte der Landwirt wahrscheinlich nur einen kleinen Vorrat zur Verfügung. Das liegt daran, dass die in Mittel- und Südamerika beheimateten Pflanzen für die Erzeuger notorisch unfreundlich sind.
Erdkirschen verdienten ihren Namen, weil ihre weitläufigen, tomatenartigen Reben in verworrenen Büschen dicht am Boden wachsen und die geschälten Früchte bei höchster Reife zu Boden fallen. Die Ernte muss von Hand erfolgen und Früchte, die im Regen auf dem Boden liegen, verrotten schnell. Ein perfekt reifes Groundcherry ist eine geschmackvolle Freude, aber die Arbeit und die Verluste machen es zu einer unrentablen Ernte für die Landwirte.
Erdkirschen sind eine von Hunderten von sogenannten "Orphan Crops" - Obst, Gemüse und Getreide, die in kleinen, oft Subsistenzbetrieben auf der ganzen Welt angebaut werden, aber von kommerziellen Erzeugern wegen schlechter Erträge und geringer Resistenz gegen diese weitgehend ignoriert wurden Schädlinge und schlechtes Wetter. Aber das könnte sich ändern.
Pflanzenwissenschaftler machten Schlagzeilen, indem sie das Gen-Editing-Tool CRISPR verwendeten , um einige der unerwünschten Eigenschaften der Groundcherry zu optimieren. Durch Sequenzierung des Pflanzengenoms und Vergleich mit gut untersuchten Genomen wie der Tomate konnten Forscher des Howard Hughes Medical Institute und des Boyce Thompson Institute Gene in der Grundproduktion identifizieren, die die Pflanzenform und die Fruchtgröße kontrollierten. Mit CRISPR bearbeiteten sie die Expression dieser Gene, um kompaktere und buschigere Grundpflanzen mit 25 Prozent schwereren Früchten zu produzieren. (Ihre Ergebnisse wurden am 1. Oktober 2018 in der Zeitschrift Nature Plants veröffentlicht. )
Wenn sie nun herausfinden können, wie sie verhindern können, dass die reifen Früchte vom Rebstock fallen, wird die arme verwaiste Erdbewirtschaftung möglicherweise von kommerziellen Großbauern "adoptiert" und in Ihrem örtlichen Lebensmittelgeschäft angezeigt.
"Es ist eine wirklich aufregende Zeit, gerade in der Pflanzenzüchtung zu sein", sagt Allen Van Deynze , Pflanzenzüchter und Forscher an der University of California in Davis. "Pflanzenzüchtung wurde immer als Wissenschaft und Kunst definiert und wird immer mehr zu einer Wissenschaft. Das liegt an den Werkzeugen, die wir an den Tisch bringen."
Van Deynzes Interesse an Pflanzenzüchtungstechnologie geht weit über die Rettung eines Bauernmarktfavoriten hinaus. Er ist technischer Leiter des African Orphan Crops Consortium , das sich bemüht, die Genome von 101 Orphan Crops in Afrika wie Yamswurzeln, Fingerhirse, Spinnenpflanze und Jujube zu sequenzieren. Obwohl Millionen von Afrikanern auf diese Pflanzen angewiesen sind, enthalten die häufigsten Sorten häufig nur wenige wichtige Vitamine und Mineralien. Laut Van Deynze leiden 37 Prozent der afrikanischen Kinder unter den lebenslangen Folgen von Unterernährung.
CRISPR vs. GVO
Eines der Ziele der Gruppe von Van Deynze ist es, Hunderte afrikanischer Pflanzenzüchter in den Genomtechnologien auszubilden, die in der westlichen kommerziellen Landwirtschaft zur Verbesserung von Grundnahrungsmitteln wie Weizen, Mais und Sojabohnen eingesetzt werden. Das Konsortium sequenziert nicht nur ein vollständiges Genom für jede verwaiste Kultur, sondern liefert auch genetische Informationen zu 100 zusätzlichen Sorten jeder Pflanze. In einem ersten Schritt werden die afrikanischen Pflanzenzüchter vorteilhafte Merkmale aus mehreren Sorten auswählen und diese unter Verwendung traditioneller Züchtungstechniken kreuzen.
Aber Van Deynze sagt, dass es auch Fälle geben wird, in denen die natürliche genetische Vielfalt einer Pflanze nicht ausreicht, um die Ernte trockenheitsresistent oder nahrhaft genug zu machen.
"Dann sehen Sie sich die restlichen Werkzeuge im Werkzeugkasten des Pflanzenzüchters an", sagt Van Deynze. "Gibt es eine Gen-Editing-Methode, die ich für andere Arten verwenden kann?"
Die Verwendung von CRISPR zur Bearbeitung bestimmter Gene in einer Pflanze entspricht nicht den Techniken, die in GVO- Pflanzen (genetisch veränderten Organismen) verwendet werden, erklärt Van Deynze.
"Mit der aktuellen GVO-Technologie fügen Sie ein Gen ein, das noch nicht vorhanden ist und das zufällig in das Genom gelangt", sagt Van Deynze. "Mit CRISPR modifizieren wir ein Gen, das bereits vorhanden ist. Konzeptionell ist das eine ganz andere Sache und auch viel effizienter. Deshalb ist CRISPR sehr aufregend und wir hoffen, dass es weltweit Akzeptanz findet."
Die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) regelt oder verbietet derzeit nicht die genetische Bearbeitung von Nahrungspflanzen mit CRISPR oder ähnlichen Technologien, und Van Deynze ist der Ansicht, dass diese Züchtungsinstrumente der nächsten Generation von Natur aus sicher sind, vor allem, weil sie in a nicht existieren Vakuum. Neue mit CRISPR entwickelte Pflanzensorten müssen noch gründlich vor Ort getestet und bewertet werden, bevor sie auf den Markt gebracht werden.
Van Deynze stellt fest, dass Tools wie CRISPR Pflanzenzüchtern helfen können, mit den unvorhersehbaren Auswirkungen des Klimawandels Schritt zu halten. "Wir leben in einer Welt der Extreme und sehen diese Extreme häufiger", sagt er. "Wir brauchen robustere Pflanzensorten, die Bedingungen wie Trockenheit, extremer Hitze und ungewöhnlicher Kälte standhalten."
Der größte Vorteil der CRISPR-gestützten Züchtung ist die Geschwindigkeit. Die Entwicklung der neuen, buschigeren Sorte Groundcherry dauerte mit CRISPR nur zwei Jahre, verglichen mit fünf Jahren oder mehr mit herkömmlichen Pflanzenzüchtungsmethoden. Aber denken Sie nicht, dass Wissenschaftler in der Lage sind, die genauen Merkmale einer völlig neuen Pflanzensorte zu programmieren und zum Leben zu erwecken.
"Wir sind zu diesem Zeitpunkt noch kein 'Jurassic Park' und davon sind wir weit entfernt", sagt Van Deynze.
Das ist cool
Quinoa ist ein Beispiel für eine Waisenernte, die in den USA und in Europa zu einem bekannten Namen geworden ist. Die Sensibilisierung für die Ernährungsqualitäten des Getreides und Initiativen wie die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen, die 2013 zum Internationalen Jahr der Quinoa erklärt, haben dazu beigetragen, das Profil des Getreides zu schärfen.
