Ein Gen entscheidet: Durchbruch bei der Züchtung winterharter Ackerbohnen

Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des IPK Leibniz-Instituts hat bei der Ackerbohne einen entscheidenden genetischen Unterschied entdeckt. Ob eine Pflanze frosthart ist oder nur im Frühjahr gedeiht, wird maßgeblich von einer einzigen Stelle im Genom bestimmt. Die auch als Faba-Bohne bekannte Kulturpflanze stellt aufgrund ihres hohen Eiweißgehalts und ihrer Fähigkeit zur Stickstoffbindung eine wertvolle europäische Soja-Alternative dar. Allerdings ist ihre mangelnde Winterhärte in kalten Regionen ein zentrales Problem. Die neuen Studienergebnisse könnten nun die Züchtung robuster Sorten deutlich beschleunigen und so den Anbau in frostgefährdeten Gebieten sichern.

Präziser Bauplan für die Züchtung: Referenzgenom der Ackerbohne optimiert

Dem Forschungsteam gelang es zunächst, das Referenzgenom der Ackerbohne durch Methoden wie die optische Kartierung signifikant zu verbessern und die Genomabschnitte präziser zusammenzusetzen. Auf dieser verbesserten Basis untersuchten die Wissenschaftler in einem zweiten Schritt über 400 Winter- und Sommerlinien, um deren Erbgut systematisch zu vergleichen. „Unsere neue Referenz des Ackerbohnen-Genoms ist ein präziser Bauplan: deutlich weniger Lücken, bessere Verankerung auf den sechs Chromosomen und eine verlässliche Grundlage für die Züchtung“, betonte Prof. Dr. Murukarthick Jayakodi, der bereits 2023 am IPK eine erste Referenz des Genoms erstellt hat.

Der genetische Schalter: Ein einziges Allel bestimmt die Winterhärte

Parallel dazu führte das Team Assoziationsanalysen durch, um genetische Unterschiede direkt mit der Eigenschaft der Winterhärte zu verknüpfen. Ergänzend untersuchten sie die Aktivierung von Genen unter Kältestress, wobei der Fokus auf Genorten lag, die bereits von anderen kälteresistenten Pflanzenarten bekannt sind. Dabei zeigte sich eine verblüffende Eindeutigkeit in der genetischen Steuerung dieser Überlebensstrategie.

„Wir waren überrascht zu sehen, dass ein einziges Allel an einem einzigen Genort ausreicht, um Winter- und Sommersorten klar zu trennen“, sagte Hailin Zhang, Erstautorin der Studie. Das ist vergleichbar mit einem Lichtschalter: Entweder ist er an, oder er ist aus. Je nach Variante dieses Gens ist die Pflanze winterhart – oder eben nicht.

Genetisches Schaltzentrum: Doppeleffekt für Frostschutz und Ertragsstabilität

Genau dieser Genort lieferte auch das stärkste Signal in der Winterhärte-Analyse, wobei die dort lokalisierten Gene zur Gruppe der CBF/DREB-Transkriptionsfaktoren gehören. Diese fungieren wie ein Notfallplan, der bei sinkenden Temperaturen aktiviert wird und Schutzmechanismen gegen Frost einleitet. Bemerkenswerterweise korreliert derselbe Genort zudem mit stabilen Erträgen unter variierenden Umweltbedingungen. Dieses Wissen kann die Züchtung robuster Winter-Ackerbohnen massiv beschleunigen, die in Europa fast 50 Prozent mehr Ertrag liefern und als heimische Eiweißquelle die Abhängigkeit von Importen reduzieren.

„Wir konnten zeigen, dass diese Gene bei Kälte deutlich aktiviert werden. Das bestätigt, dass sie eine zentrale Rolle bei der Frosttoleranz spielen“, erklärte Hailin Zhang. Dr. Martin Mascher ergänzte: „Dass derselbe Genort sowohl die Winterhärte als auch die Ertragsstabilität beeinflusst, war für uns eine besonders spannende Entdeckung.“

Quelle

Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (03/2026)