Germany
Janaury 23, 2013
Über das Wachstum von Pflanzen entscheiden sowohl ihre genetische Ausstattung, als auch Einflüsse der Umwelt. Vom komplexen Wechselspiel zwischen beiden Faktoren hängen Erfolg oder Misserfolg jeder Ernte ab. Um messen zu können, wie Temperatur, Niederschlag oder Bodenbeschaffenheit den Phänotyp, also das konkrete Erscheinungsbild von Pflanzen, beeinflussen, müssen Wissenschaftler Merkmale wie die Größe ihrer Blätter oder den Verzweigungsgrad von Spross und Wurzel systematisch erfassen. Dies ist das Ziel des Deutschen Pflanzen-Phänotypisierungs-Netzwerks (DPPN), das heute an den Start gegangen ist.
Bei der offiziellen Gründung des DPPN sagte der Parlamentarische Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Thomas Rachel, in Jülich: "Der Pflanzenforschung kommt aus Sicht der Bundesregierung in den kommenden Jahren eine große Bedeutung zu: Um die Ernährung einer rasant zunehmenden Weltbevölkerung zu sichern, sind Fortschritte etwa bei der Widerstandsfähigkeit oder den Erträgen von Nutzpflanzen in bestimmten Anbausituationen unerlässlich. Das Projekt wird im Laufe von fünf Jahren mit rund 35 Millionen Euro vom BMBF gefördert. Die Bundesregierung erwartet vom DPPN wichtige Impulse."
In dem Netzwerk werden das Forschungszentrum Jülich (FZJ), das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung Gatersleben (IPK) sowie das Helmholtz Zentrum München (HMGU) technologische Grundlagen für das schnell wachsende Forschungsfeld der Pflanzen-Phänotypisierung entwickeln.
Um an mehreren tausend Pflanzen täglich Messungen vornehmen zu können, ist eine ausgeklügelte, automatisierte Technologie nötig, die durch die Fortschritte in Robotik, Datenverarbeitung und Sensortechnik erst möglich geworden ist. Unterirdische Pflanzenteile können beispielsweise mit Hilfe der Magnetresonanzspektroskopie, einem aus der Humanmedizin bekannten, bildgebenden Verfahren, untersucht werden, ohne die Pflanze zu zerstören. Die Wissenschaftler hoffen, dass die technologischen Entwicklungen des DPPN zu neuen Erkenntnissen für die Pflanzenforschung führen und einen wichtigen Baustein für eine gesteigerte Leistungsfähigkeit von Kulturpflanzen liefern werden.
Deutsches Pflanzen Phänotypisierungs-Netzwerk (DPPN)
In einem komplexen Wechselspiel entscheiden Genom und Umwelt über das Wachstum von Pflanzen, und somit über Erfolg und Misserfolg jeder Ernte. Welchen Einfluss haben die genetische Information im Saatgut, und Umweltbedingungen wie Wassermenge, Temperatur oder Pflanzenschutzmaßnahmen auf die Entwicklung der Pflanze? Um diese Fragen klären zu können, ist es notwendig, das Gesamterscheinungsbild von Pflanzen ober- und unterirdisch korrekt zu erfassen und zu vermessen - man muss sie phänotypisieren. Im Deutschen Pflanzen Phänotypisierungs-Netzwerk (DPPN) werden Technologien entwickelt und implementiert, mit deren Hilfe dies rasch und ohne die Pflanze zu zerstören möglich wird. Damit wird der Grundstein gelegt, um eine Vielzahl von Fragestellungen in der Pflanzenforschung beantworten zu können.
Die Pflanzengenomforschung hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht. In welcher Form eine Pflanze sich aus dem Samen entwickelt und welche äußere Gestalt, das heißt welcher Phänotyp am Ende tatsächlich ausgeprägt wird, bestimmt allerdings nicht die genetische Information im Genom allein. Entscheidend sind auch die Wachstumsbedingungen am Standort der Pflanze, wie Temperatur, Niederschlag und Tageslänge sowie pflanzenbauliche Maßnahmen wie Bodenbearbeitung und Pflanzenschutz. Der Phänotyp ist das eigentliche Ziel jeglicher landbaulicher Bemühungen - man erntet schließlich keine Weizengenome sondern Weizenkörner.
Selbstverständlich ist auch der Phänotyp von Pflanzen seit jeher Gegenstand der Forschung. Die Fortschritte in der Genomforschung sind jedoch so schnell, dass die Erforschung des Zusammenspiels zwischen dem Genom und der Umwelt, welches den Phänotyp hervorbringt, aktuell mit der Entwicklung der Genomforschung nicht Schritt halten kann. Diese Lücke wird das DPPN zu schließen helfen, denn durch die Automatisierung der Erfassung phänotypischer Merkmale wird die Phänotypisierung der Pflanzen revolutioniert. Die großen technologischen Fortschritte in Robotik, Datenverarbeitung und Sensortechnik ermöglicht es, in großer Zahl Phänotypen von Pflanzen reproduzierbar und unter standardisierten Bedingungen zu quantifizieren, ohne die Pflanze zu zerstören. Auf diese Weise lassen sich die Interaktion zwischen Genom, Umwelt und Phänotyp in einem Ausmaß analysieren, das bislang nicht zu erreichen war. Dadurch werden sich grundlegende neue Erkenntnisse für die Pflanzenwissenschaften ergeben, welche sowohl für die Grundlagenforschung als für die Anwendung von großer Wichtigkeit sein werden.
Beteiligte im DPPN sind das Forschungszentrum Jülich (Koordination und die Geschäftsstelle), das Leibnitz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung Gatersleben und das Helmholtz Zentrum München. An diesen drei Standorten werden im Hochdurchsatz arbeitende, automatische Phänotypisierungsanlagen entwickelt und errichtet, welche auch anderen Forschern für wissenschaftliche Experimente zur Verfügung stehen werden. Um diese Technologieplattformen zu implementieren, wird das DPPN vom BMBF für fünf Jahre mit 34,6 Millionen Euro gefördert.
Das DPPN ist bereits bei seiner Entstehung exzellent international vernetzt. Das von der EU mit ca. 5,5 Millionen Euro geförderte European Plant Phenotyping Network (EPPN) hat seine Arbeit Anfang 2012 aufgenommen und soll auf europäischer Ebene die Forschungszusammenarbeit in diesem Feld weiter verbessern. Auch zum International Plant Phenotyping Network (IPPN) bestehen umfassende Beziehungen.
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