Reis ist eines der am häufigsten angebauten Grundnahrungsmittel der Welt und deckt etwa 20 % der täglichen Kalorienaufnahme von mehr als der Hälfte der Weltbevölkerung. Der derzeit weit verbreitete Reisanbau ist jedoch eine einjährige Kulturpflanze, die jedes Jahr neu ausgesät werden muss, während seine wilden Verwandten meist mehrjährige Pflanzen sind, die Jahr für Jahr blühen können und immer wieder neue Triebe aus der Basis der Pflanze sprießen lassen.
Eine aktuelle in Science veröffentlichte Studie zeigt, dass Wissenschaftler wichtige genetische Faktoren gefunden haben, die die mehrjährigen Eigenschaften von Wildreis (Oryza rufipogon) bestimmen, und relevante Gene erfolgreich in Kulturreis (Oryza sativa) eingeführt haben, um Reismaterialien mit mehrjährigen Wachstumsfähigkeiten zu schaffen. Das Forschungsteam geht davon aus, dass der heutige Kulturreis wahrscheinlich von mehrjährigen Vorfahren abstammt, seine Regenerationsfähigkeit jedoch im Laufe des langfristigen Domestizierungsprozesses allmählich verloren ging.
Um dieses immerwährende Merkmal aufzuspüren, führten Han Bin, ein Genetiker an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, und Kollegen eine vergleichende Analyse von 446 Wildreisproben und kultiviertem Reismaterial durch. Sie identifizierten eine Genomregion namens „Endless Branches and Tillers 1“ (EBT1) auf Chromosom 1 von Reis, die zwei Kopien des regulatorischen Gens microRNA156 enthält, die mit B bzw. C gekennzeichnet sind.
Untersuchungen zeigen, dass diese microRNA156 B- und C-Sequenz im Sämlingsstadium hochaktiv ist und die Pflanze in der vegetativen Wachstumsphase halten kann, sodass sie weiterhin Blätter und Stängel wachsen kann, ohne in die reproduktive Entwicklung zu stürzen. Mit zunehmender Reife der Pflanze lässt diese Aktivität allmählich nach. Bei gewöhnlichem Kulturreis bedeutet dies, dass der Lebenszyklus der Pflanze nach der Blüte und Fruchtbildung endet. Bei Wildreis wird diese Genregion nach der Blüte „zurückgesetzt“, sodass die Pflanze wieder vegetativ wachsen kann, anstatt vollständig abzusterben.
Darüber hinaus kreuzte das Forschungsteam Wildreis mit Kulturreis, um die funktionelle Leistung relevanter Gene in lebenden Pflanzen zu beobachten. Unter den vielen hybriden Nachkommenphänotypen wählten die Forscher ein Material mit der Nummer G43 aus, das die Fähigkeit zeigte, die Fortpflanzungsentwicklung zu stoppen und das vegetative Wachstum nach der Blüte wieder aufzunehmen.
Während des Prozesses der Wiederherstellung des vegetativen Wachstums wird G43 eine große Anzahl von Seitenzweigen, sogenannten „Bestockern“, aus der Basis der Pflanze wachsen lassen. Normalerweise produziert eine gewöhnliche Reispflanze in ihrem Lebenszyklus von der Triebbildung über den Trieb und die Fruchtbildung bis zum Absterben etwa 10 Triebe, während G43 im Durchschnitt mehr als 70 Triebe produzieren kann, was ihre Fähigkeit, sich mehrfach zu regenerieren und auszudehnen, deutlich unter Beweis stellt.
Allerdings stößt diese „endlose Bestockung“ derzeit auf offensichtliche Grenzen: Bei den meisten Seitenzweigen, die durch diese sekundären Wucherungen gebildet werden, handelt es sich um sterile Bestockungen, die nur abnormale Blüten hervorbringen, aber keine Samen produzieren können. Das Forschungsteam ist davon überzeugt, dass, um mehrjährigen Kulturreis zu erhalten, der wirklich in großem Maßstab gefördert werden kann, relevante Gene an anderer Stelle im Genom weiter eingeführt oder reguliert werden müssen, um eine Sorte zu erhalten, die sich viele Jahre lang regenerieren und ausreichend fruchtbar halten kann.
Salomé Prat, eine Pflanzengenetikerin vom Agricultural Genome Research Institute, wies in einem Interview mit Refractor darauf hin, dass der aktuelle EBT1-Locus zwar mehrjährige Eigenschaften mit sich bringt, aber auch die normale Blüte von Reis hemmt und dadurch den Ertrag verringert. Bei diesem Allel, erklärt sie, wird das Gen nach der Blüte in den Knospen der Bestockung erneut aktiviert und treibt die Bildung neuer Bestockungen voran, was aber auch bedeutet, dass die Fortpflanzungsphase unterdrückt wird.
Jorge Dubcovsky, Pflanzenbiologe an der University of California in Davis, warnte, dass diese Art von gentechnisch verändertem Reis kurzfristig „wahrscheinlich nicht schnell für die Öffentlichkeit verfügbar sein wird“. Er wies darauf hin, dass aus Sicht der breiten landwirtschaftlichen Produktion mehrjährige Kulturen tendenziell geringere Erträge erbringen als einjährige Kulturen. Vor dem Hintergrund des anhaltenden globalen Bevölkerungswachstums können sich Menschen den großflächigen Ersatz bestehender einjähriger Grundnahrungsmittel mit hohem Ertrag durch mehrjährige Nutzpflanzen mit geringerem Ertrag möglicherweise nicht leisten, selbst wenn erstere Vorteile in Bezug auf Ökologie und Nachhaltigkeit bietet.
Trotz der Aussichten und Herausforderungen wird diese Forschung immer noch als wichtiger Fortschritt auf dem Gebiet der genetischen Verbesserung von Reis angesehen und liefert wichtige Hinweise für die Schaffung von Kulturreis, der durch molekulare Züchtungsmethoden viele Jahre lang geerntet werden kann. Wenn es Wissenschaftlern in Zukunft gelingt, die Hauptsorten kontinuierlich mit mehrjährigen Merkmalen auszustatten, ohne den Ertrag wesentlich zu beeinträchtigen, wird das Reisanbausystem voraussichtlich weitreichende Veränderungen in Bezug auf die Reduzierung der Aussaat, die Einsparung von Arbeitskräften und Ressourcen sowie die Verbesserung des Bodens und der ökologischen Umwelt mit sich bringen.