Reis, der Salz und Trockenheit aushält

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Was macht Reis so wertvoll? Reis ist nach wie vor die wichtigste Nahrungspflanze auf unserem Planeten. Im Grunde ist der Reisanbau eigentlich eine Erfolgsgeschichte: Das rapide Wachstum der Städte, das Vordringen der Wüsten und das Wachstum der Weltbevölkerung begrenzen die Flächen, die für die Landwirtschaft zur Verfügung stehen. Die Grüne Revolution, mit der die Entwicklung von Hochleistungssorten einherging, hat in den letzten fünfzig Jahren den Ertrag pro Fläche verfünffacht. Damit wurde ein wesentlicher Beitrag zur Ernährungssicherheit geleistet. Doch nach wie vor gibt es Hunger auf dem Planeten. Die Ursachen dafür liegen nicht so sehr in der Landwirtschaft, als in mangelnder Verteilungsgerechtigkeit, globalen Wirtschaftsstrukturen sowie politischen Konflikten begründet.

Der unbestrittene Erfolg der Grünen Revolution ist zunehmend bedroht: Überstrapazierte Böden verdorren, wertvolles Trinkwasser wird für die intensive Landwirtschaft gebraucht und Böden werden zunehmend salzig. Gleichzeitig sind die überfluteten Reisfelder eine wichtige Quelle für das Treibhausgas Methan, das den Klimawandel beschleunigt. Bei unseren Forschungen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) geht es darum, die lebenswichtige Ressource Wasser sparsamer einzusetzen. Ziel ist, neue Sorten züchten, die besser mit Trockenheit und salzigen Böden zurechtkommen und dennoch Ertrag bringen. Man fasst das unter dem Schlagwort „yield under stress“ zusammen.

Mithilfe unserer Sammlung von Reismutanten konnten wir am KIT zeigen, dass die Steuerung des zentralen Stressfaktors Jasmonsäure darüber entscheidet, ob eine Pflanze mit Trocken- und Salzstress zurechtkommt oder aber die Waffen streckt. Für eine erfolgreiche Anpassung kommt es aber nicht nur darauf an, dass der Jasmonat-Signalweg zum richtigen Zeitpunkt angeschaltet wird. Er muss zudem auch rechtzeitig wieder ausgeschaltet werden, weil sonst die Pflanze Schaden nimmt.

Im Grunde ist es recht ähnlich wie bei der menschlichen Abwehr: wenn wir Fieber bekommen, ist das eigentlich etwas Gutes. Wenn das Fieber aber nicht mehr sinkt, dann kann das lebensbedrohlich werden. Gemeinsam mit dem International Rice Research Institute (IRRI) in Los Banos auf den Philippinen untersuchten wir Mutanten, bei denen das Stress-Hormon Jasmonsäure – das „Adrenalin der Pflanze“ – nicht gebildet wird, und die überraschenderweise besser mit Dürre zurechtkommen als normale Reispflanzen.

Wir entdeckten Gene, die dazu beitragen, dass Reis in Stress-Situationen „einen kühlen Kopf“ behält und daher Trockenheit und Versalzung besser erträgt. Mit diesem Wissen kann man durch sogenanntes smart breeding schneller vielversprechende Kandidaten für die Züchtung identifizieren. Smart breeding heißt übersetzt Präzisionszucht. Dabei wird im Falle von stressresistentem Reis in alten Landrassen oder sogar wilden Verwandten nach günstigen Versionen dieser Gene gesucht und diese dann in die Hochertragssorten eingekreuzt.

Vorteil dieses Verfahrens: Es entstehen keine gentechnisch veränderten Sorten, in die artfremde Gene eingeführt würden, und die daher in vielen Ländern gar nicht angebaut werden dürfen. Da man beim smart breeding ausschließlich innerhalb der natürlichen Artgrenzen bleibt, können die so erzeugten Pflanzen weltweit ohne Auflagen angebaut werden.

Da man die molekularen Eigenschaften dieser aus alten Sorten stammenden Gene genau kennt, kann man diesen Prozess heute viel effizienter gestalten als früher, weil man schon im Keimlingsstadium mithilfe einer sogenannten Polymerase-Kettenreaktion feststellen kann, welches Pflänzchen die richtige Kombination von Genvarianten geerbt hat. Die nächste Etappe ist nun, in einer konzertierten Aktion von Forschungsgruppen am KIT, dem International Rice Research Institute auf den Philippinen und Gruppen in Japan und Myanmar die Stress-Resistenz einer für Myanmar wichtigen Reissorte zu verbessern. Reis ist eine der wichtigsten Nahrungspflanzen der Menschheit. Daher ist es besonders wichtig, ihn rechtzeitig auf den Klimawandel vorzubereiten.

• Hazman, M., Hause, B., Eiche, B., Riemann, M. & Nick, P. (2016). Different forms of osmotic stress evoke qualitatively different responses in rice. Journal Plant Physiology, 202, 45-56. doi:10.1016/j.jplph.2016.05.027

• Peethambaran, P. K., Glenz, R., Höninger, S., Islam, S., Hummel, S., Harter, K., Kolukisaoglu, Ü., Meynard, D., Guiderdoni, E., Nick, P. & Riemann, M. (2018). Salt-inducible expression of OsJAZ8 improves resilience against salt-stress. BMC Plant Biology, 18:311. doi:10.1186/s12870-018-1521-0

• Kleine Reiskunde: Etwa 8000 Reissorten werden derzeit auf der Welt kultiviert. Mehr als 22.000 Reissorten lagern jedoch in der Reiskornplasmabank der „Indira Ghandi Agricultural University“. 

• planet-e: Vielfalt vom Feld. Die Welternährung hängt von nur 30 Pflanzenarten ab. Und das macht unsere Ernährungssicherheit anfällig [ZDF-Sendung].

Zitiervorschlag: Nick, P. (2020). Reis, der Salz und Trockenheit aushält. In D. Spreen, J. Kandarr, P. Klinghammer & O. Jorzik (Hrsg.), ESKP-Themenspezial Biodiversität im Meer und an Land: vom Wert biologischer Vielfalt (S. 80-81). Potsdam: Helmholtz-Zentrum Potsdam, Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ. doi:10.2312/eskp.2020.1.3.5