Cassava-Projekt (Maniok) wird durch Bill & Melinda Gates Agricultural Innovations gefördert

Cassava (Maniok) ist in Afrika das, was die Kartoffel in Europa bzw. der Reis in Asien darstellt: Die Hauptquelle für Stärke in der Nahrung und zur industriellen Nutzung. Die Initiative „CASS“ (CAssava Sink-Source), die die Expertise von zehn Forschungsgruppen bündelt, zielt darauf ab, die durchschnittlichen Maniok-Erträge deutlich zu verbessern, ohne dass es zu einer Abnahme der Stärkequalität kommt. Die Förderung des Projekts wechselt nun – nach mehrfacher erfolgreicher internationaler Begutachtung – zur Bill & Melinda Gates Agricultural Innovations (Gates Ag One). An der RPTU ist die Arbeitsgruppe Pflanzenphysiologie eingebunden. Hier koordinieren Professor Dr. Ekkehard Neuhaus und Dr. Leo Bellin grundlegende Forschungsarbeiten, die sich mit der Modellierung, Visualisierung und molekular-genetischen Verbesserung des Zucker­transports zwischen Blatt und Wurzel, sowie innerhalb der Wurzelzellen beschäftigen.

Während die meisten der global genutzten Kulturpflanzen oft eine Züchtungshistorie von teil­weise mehreren Jahrhunderten hinter sich haben, in denen die Erntemengen und Qualitäten der Inhaltsstoffe deutlich verbessert wurden, konnten die bisherigen recht klassischen Züchtungsanstrengungen die Erträge der Cassava-Pflanze in den letzten 50 Jahren nicht weiter steigern. Bei einer Zunahme der Weltbevölkerung und den sich rasch verschlechternden klima­tischen Bedingungen wird dies absehbar zu einer kritischen Nahrungsversorgung führen. Die Wurzel der Cassava-Planze liefert für weltweit über 800 Millionen Menschen, insbesondere in Afrika, die Basis für die tägliche Ernähr­ung.

Seit nunmehr schon 10 Jahren ist die Arbeitsgruppe Pflanzenphysiologie an der RPTU Teil der international verteilten Initiative „CASS“ (CAssava Sink-Source). CASS hat zum Ziel die durchschnittlichen Erträge der Cassava-Ernten deutlich zu verbessern, ohne dass es dabei zu einer Abnahme der Stärkequalität kommt. Dieses Ziel soll insbesondere dadurch erreicht werden, dass der Trans­port des in den Blättern (Source, engl. für Quelle) durch die Photosynthese erzeugten Zuckers zu den Speicherwurzeln (Sink, engl. für Senke) optimiert wird. Darüber hinaus wird die Um­setzung des Zuckers in der Speicherwurzel zum Endprodukt Stärke effizienter erfolgen.

Das gesamte Projekt umfasst 10 Arbeitsgruppen die aus Deutschland, Schweiz, Taiwan, Eng­land, Finnland, USA und Nigeria stammen und damit eine einmalig weite Expertise in den Gebieten Biochemie und Genetik von Nutzpflanzen, Entwicklungsbiologie, Pflanzenzüchtung, Biophysik, Informatik und Pflanzenanbau vereinen. Das CASS Projekt wird geleitet von Prof. Dr. Uwe Sonnewald (Universität Erlangen) und wurde in den letzten 10 Jahren (CASS I und CASS II) durch die Bill & Melinda Gates Foundation (BMGF) finanziell unterstützt. In diesem Zeitraum konnte die wenig verstandene Physiologie und molekulare Genetik der Cassava-Pflanze ein­gehend untersucht werden. Darauf basierend wurden mittlerweile eine weite Zahl an genetisch modifizierten Cassava-Pflanzen erzeugt. Diese werden derzeit in offenen Feldver­suchen in Taiwan (siehe Abbildung), bei denen jeweils mehr als 4.000 individuelle Pflanzen heranwachsen, im Hinblick auf Ertragssteigerungen unter natürlichen Bedingungen verglichen.

Aus diesen Feldversuchen, die flankiert werden von molekularen Analysen an Pflanzen die unter kontrollierten Umweltbedingungen im Gewächshaus und Klimakammern kultiviert werden, wurden bereits unabhängige Genkonstrukte identifiziert die zu höheren Stärkeerträgen führen. Diesem Umstand zur Folge wechselt nun die Förderung des erfolgreichen Projekts, das nun schon zum 3. Mal international begutachtet wurde, von der BMGF-Förderung zur Förderung durch die Bill & Melinda Gates Agricultural Innovations (Gates Ag One). Gates Ag One hat das Ziel die Marktreife wissenschaftlicher Innovationen im Agrar­bereich, mit Potential zur Verbesserung der Lebenssituation in Afrika, zu beschleunigen. Hierzu liefert die Gates Ag One u.a. Expertise zum Schutz von Erfindungen (Interlectual Properties), zur Markteinführung (launching) und zum Umgang mit nationalen Behörden in Afrika (legal issues). Darüber hinaus fördert Gates Ag One die Kooperation des CASS Teams mit zwei weiteren großen Projekten zur Verbesserung von Nutzpflanzen für den Anbau in Afrika, RIPE und ENSA. Diese beiden Projekte streben die Optimierung der Photosynthese-Effizienz bzw. der Stickstoffversorgung durch die Wurzel an, so dass Synergien mit CASS zu erwarten sind. Entsprechend der avisierten Potentiale wird das CASS Projekt in seiner 3. Phase (CASS III) mit mehr 24 Millionen Euro für die kommenden fünf Jahre unterstützt, was großzügige Arbeits­bedingungen an den Standorten ermöglicht.

Prof. Dr. Ekkehard Neuhaus und Dr. Leo Bellin (AG Pflanzenphysiologie) koordinieren im Rahmen von CASS III die Arbeiten von insgesamt vier Gruppen das CASS Teams, die sich mit der Modellierung, Visualisierung und molekular-genetischen Verbesserung des Zucker­transports zwischen den Pflanzenorganen Blatt und Wurzel, sowie innerhalb der Wurzelzellen beschäftigen. Hierbei kommen u.a. modernste Bildgebungsverfahren, wie die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) an den Speicher­wurzeln, wie auch datengestützte Stoffwechselfluss-Analysen erstmals in kombinierter Weise zum Einsatz. Prof. Neuhaus sagt: „Wir sind guter Erwartung, dass unsere Ansätze zu einer optimierten Cassava-Pflanze führen werden, die Grundlage für weitere Züchtungsansätze sein wird.“