DHA - Gene und Evolution

Nicht alle Arten von Amarant bilden die wertvollen Omega-3-Fettsäuren. Unsere Untersuchungen legen nahe, dass der Ursprung dieser Fähigkeit in Peru zu suchen ist, während die mittelamerikanischen Arten von Amarant das begehrte DHA nicht zu bilden vermögen. Die Pflanze erzeugt Omega-3-Fettsäuren natürlich nicht, um veganen Vertretern der Art Homo sapiens zu helfen, ohne Seefisch auszukommen. Vielmehr sind diese Stoffe für die Pflanze selbst von Bedeutung. Wir vermuten, dass dieser Stoffwechsel den peruanischen Amarant-Arten dabei hilft, in dem oft harschen Klime der Hochanden zu überleben. Durch die Einlagerung von Omega-3-Fettsäuren kann die Pflanze ihre empfindlichen Membranen auch während der nächtlichen Fröste flüssig und damit funktionsfähig erhalten. Die im mittelamerikanischen Tiefland entstandenen Amarant-Arten brauchen dies natürlich nicht und besitzen daher diese Gene nicht (oder nutzen sie zumindest nicht).

Wenn wir also herausbekommen, wie sich diese Gene unterscheiden, bekommen wir damit auch wertvolle Marker für die Züchtung an die Hand. Welche Genvariante bei den verschiedenen Nachkommen einer Kreuzung vorhanden sind, lässt sich mithilfe eines einfachen PCR-Tests feststellen (so wie er beispielsweise zum Nachweis des Coronavirus angewandt wird). Damit kann man schon im Keimlingsstadium feststellen, ob sich das Pflänzchen für die weitere Züchtung eignet, ein Verfahren, das als smart breeding bezeichnet wird, aber mit Gentechnologie nichts zu tun hat (man nutzt die natürliche Sexualität der Pflanze für die Kreuzung, nutzt aber modernste molekulare Methoden, um das Ergebnis zu untersuchen und kann damit den Züchtungsprozess beschleunigen, weil man nicht blind im Heuhaufen herumstochert, sondern die entscheidenen Veränderungen gezielt erkennen kann).

Leider ist Amarant molekularbiologisch noch weitgehend unerschlossen. Wir haben daher zunächst einmal für zwei ausgewählte Typen das gesamte Genom entschlüsselt. Der eine Typ ist ein Vertreter der Art A. caudatus, stammt aus dem Urubamba-Tal bei Cusco und weist einen hohen Gehalt der Omega-3-Fettsäure DHA auf. Der andere Typ dient als Kontrast und entstammt der mexikanischen Art A. hybridus und kann kein DHA bilden. Mithilfe des Genoms konnten wir nun schon mehrere Schlüsselgene des Stoffwechsels dingfest machen. Der DHA-Stoffwechsel geht Hand in Hand mit der Aktivierung des Jasmonsäure-Wegs (beide konkurrieren um die Vorstufe α-Linolensäure). Wir wissen, Jasmonsäure (eine Art pflanzliches Adrenalin) für die Reaktion auf Kälte eine zentrale Rolle spielt. Daher erwarten wir deutliche Unterschiede im DHA-Stoffwechsel abhängig davon, welche klimatischen Bedingungen bei der Blüte vorherrschen. Dies untersuchen wir zur Zeit gemeinsam mit der Universität Hohenheim. Wie werden diese Gene aktiviert werden, wenn Amarant unter verschiedenen klimatischen Bedingungen heranwächst? Das ist jetzt zungänglich geworden, weil wir diese Gene entschlüsselt haben.