ISU-Forscher beteiligen sich an landesweitem Projekt, um Zuckermais noch besser zu machen • Nachrichtendienst • Iowa State University

Gepostet am 24. Juli 2023, 10:00 Uhr

Alan Myers, Professor für Biochemie, Biophysik und Molekularbiologie, links, und Thomas Lübberstedt, KJ Frey-Lehrstuhl für Agronomie, tragen beide zu einem staatlich finanzierten Forschungsprojekt bei, das darauf abzielt, mithilfe fortschrittlicher Züchtungs- und genetischer Werkzeuge den Geschmack und die Widerstandsfähigkeit von zu verbessern Mais. Foto von Christopher Gannon. Größeres Bild.

AMES, Iowa – Im Sommer ist frischer Zuckermais kaum zu schlagen. Oder ist es? Zwei Fakultäten der Iowa State University sind Teil eines großen bundesstaatlichen Forschungsprojekts, das darauf abzielt, die Qualität von Zuckermais zu verbessern. Dabei kommen dieselben innovativen genetischen Werkzeuge zum Einsatz, die zu Fortschritten im Feldmais geführt haben.

„Viele Ressourcen sind in die Züchtung von Feldmais geflossen. Bei Zuckermais wurden jedoch weitaus weniger Anstrengungen unternommen“, sagte Thomas Lübberstedt, KJ Frey-Lehrstuhl für Agronomie.

Während Zuckermais – frisch am Kolben, gefroren oder in Dosen – zu den beliebtesten Gemüsesorten bei US-Verbrauchern gehört, gibt es wirtschaftliche Gründe, warum sich die Forschung auf Feldmais konzentriert hat, der für Viehfutter, Lebensmittelverarbeitung und -herstellung verwendet wird. Der in den USA jedes Jahr angebaute Zuckermais im Wert von 800 Millionen US-Dollar macht etwa 1 % der Maisproduktion des Landes aus. Aber die Amerikaner essen nicht genug Gemüse und der Konsum von Zuckermais, einem ihrer Lieblingsmais, ist seit Jahrzehnten rückläufig. Deshalb hat das National Institute of Food and Agriculture des US-Landwirtschaftsministeriums ein Forschungsprojekt finanziert, um den Geschmack und die Widerstandsfähigkeit von Zuckermais zu verbessern.

Nach dem Start im Jahr 2018 konzentrierten sich die ersten Jahre des achtjährigen, 15-Millionen-Dollar-Projekts hauptsächlich auf die Schaffung von Ressourcen, die die Arbeit untermauern, darunter eine Gruppe von mehr als 600 genotypisierten Zuckermaissorten, die Forscher untersuchen sollten, sagte Lübberstedt.

„Das ist das Rückgrat des Projekts“, sagte er. „Jetzt überlegen wir, wie wir die Informationen nutzen können.“

Forschungsgruppen mit Mitarbeitern der University of Wisconsin, der Washington State University und der University of Florida, der federführenden Einrichtung des Projekts, arbeiten an verschiedenen Aspekten der Verbesserung von Zuckermais. Alan Myers, Professor für Biochemie, Biophysik und Molekularbiologie an der Iowa State, erforscht die genetischen und biochemischen Prozesse, die die Speicherung von Kohlenhydraten in Maiskörnern beeinflussen, in der Hoffnung, den Geschmack und die Textur zu verbessern.

Alle Zuckermaislinien verdankten ihren zuckerhaltigen Geschmack einst einer genetischen Mutation, die verhinderte, dass die in den Körnern gebildete Glukose zu einem stärkehaltigen, unlöslichen Polymer kristallisierte, sagte Myers. Wenn seine Körner voller löslicher Glukosepolymere sind, ist Mais süß, saftig und zäh statt hart und knusprig. Bei einer zweiten Zuckermaissorte, die vor etwa 20 Jahren entwickelt wurde, wandelt sich die Glukose in den Körnern nicht in Polymere um. Dadurch entsteht eine Zuckermaissorte, die häufig zum kommerziellen Einfrieren und Einmachen verwendet wird, aber nicht die Konsistenz von herkömmlichem Zuckermais aufweist.

„Was wir wirklich wollen, ist, dieses angenehme Mundgefühl mit einem hohen Zuckergehalt zu kombinieren“, sagte Myers.

Myers‘ Team untersucht, welche Enzyme die Polymerarchitektur in Maiskörnern beeinflussen, und nutzt Tools wie CRIPSR-Genbearbeitung, um Anpassungen zu testen. Während die Verbesserung der Qualität durch ein optimales Gleichgewicht zwischen Stärke und Glukose das Hauptziel ist, bietet die Entwicklung neuer Methoden für den Maisanbau mit Zuckergehalt einen wichtigen zusätzlichen Vorteil. Die derzeit schmale genetische Basis für Zuckermais macht das Gemüse anfällig für neue Schädlings- und Krankheitsbedrohungen.

„Die Suche nach verschiedenen Veränderungen im biochemischen Prozess zur Produktion von Zuckermais würde die Ernte vor zukünftigen Herausforderungen schützen. Damit müssen wir uns vielleicht nie auseinandersetzen, aber wir wollen vorbereitet sein“, sagte Myers.

Lübberstedts Gruppe arbeitet an der Verfeinerung der Doppelhaploid-Technologie, um die Züchtungsmethode bei Zuckermais verbreiteter zu machen. Die doppelte haploide Züchtung ist ein Industriestandard für die Produktion von kommerziellem Feldmais-Saatgut und verkürzt den Prozess zur Entwicklung von Inzuchtlinien von Hybridmais von sieben auf zwei Generationen – was eine Zeitersparnis von Jahren bedeutet.

Der Prozess beginnt mit der Erzeugung von Haploiden, einer Version einer Pflanze mit nur der Hälfte ihres üblichen DNA-Codes, indem ein Spender mit einer Induktorpflanze bestäubt wird, die für die Produktion von Haploiden prädisponiert ist. Der Anteil der haploiden Nachkommen, bis zu 15 %, wird dann zu Beginn ihres Wachstumsprozesses künstlich behandelt, um ihre Chromosomen zu verdoppeln und so die Fortpflanzungsfähigkeit wiederherzustellen. Dadurch entsteht eine genetisch reine Pflanze, die gezüchtet werden kann, um konsistentes Hybridsaatgut zu erzeugen.

Die doppelt haploide Methode ist besonders vielversprechend für die Suche nach genetischen Verbesserungen bei Zuckermais, da viele der wünschenswerten Eigenschaften – besserer Geschmack, längere Haltbarkeit, Krankheits- und Insektenresistenz – mit einzelnen Genen verknüpft werden können. Im Gegensatz dazu zielt die Feldmaisanzucht häufiger auf eine Ertragssteigerung ab, ein Ergebnis, das von zahlreichen Genen und anderen Faktoren beeinflusst wird, sagte Lübberstedt.

„Bei Zuckermais gibt es normalerweise eine kleine Anzahl spezifischer Gene, die man bewahren möchte, und das kann man mit der doppelten haploiden Züchtung mit viel weniger Aufwand erreichen“, sagte er.

Ziel der Gruppe um Lübberstedt ist es, die Methode einfacher anwendbar zu machen. Eine potenzielle Verbesserung ist eine Induktorpflanze, die Haploide erzeugt, die anhand ihres Ölgehalts identifiziert werden können, und einen Kernel-Screening-Prozess automatisiert, der normalerweise von Hand auf der Grundlage der absichtlich veränderten Farbe von Haploiden durchgeführt wird. Sie prüfen auch Zuckermaissorten mit einer Tendenz zur spontanen Verdoppelung, wodurch die Notwendigkeit einer chemischen Behandlung junger Pflanzen zur Bildung verdoppelter Haploide entfallen könnte.

Das Projekt werde voraussichtlich bis 2025 andauern, aber die Arbeit der Forscher könnte schon vorher den Weg auf den Teller der Verbraucher finden, sagte Lübberstedt.

„Es ist möglich, dass das, was wir entwickeln, in den nächsten Jahren in neue Zuckermaissorten integriert wird“, sagte er.

Thomas Lübberstedt, Agronomie, [email protected], 515-294-5356

Alan Myers, Biochemie, Biophysik und Molekularbiologie, [email protected], 515-294-9548

Dave Roepke, Nachrichtendienst, [email protected], 515-294-4845

Im Sommer ist frischer Zuckermais kaum zu schlagen. Oder ist es? Zwei Fakultäten der Iowa State University sind Teil eines großen bundesstaatlichen Forschungsprojekts, das darauf abzielt, die Qualität von Zuckermais zu verbessern. Dabei kommen dieselben innovativen genetischen Werkzeuge zum Einsatz, die zu Fortschritten im Feldmais geführt haben.

„Was wir wirklich wollen, ist, dieses angenehme Mundgefühl mit einem hohen Zuckergehalt zu kombinieren.“

Alan Myers, Professor für Biochemie, Biophysik und Molekularbiologie

Weitere Nachrichten und Forschungsberichte der Iowa State University finden Sie unter news.iastate.edu.