Die Aufgabe, die sich Saatgutforschern wie Professor Albrecht Melchinger von der Universität Hohenheim stellt, ist eigentlich ganz einfach: Die Pflanzenzüchter wollen zum Beispiel eine Mais-Sorte, der auch längere Trockenheit nichts ausmacht, die hitzebeständig ist, aber auch Frost verträgt und die resistent ist gegen Insekten. Der Züchtungsinformatiker bestimmt dann die für diese Eigenschaften der Mais-Sorte verantwortlichen Gene, sucht wie in einer Partnerbörse die geeigneten "Eltern" der neuen Mais-Sorte heraus und berechnet die neue Pflanzensorte. Professor Melchinger:
"Ein Teil der Pflanzenzüchtung lässt sich in der Tat berechnen, zumindest simulieren im Rechner. Das hängt damit zusammen, dass die Vererbungsgesetze, die Mendelschen Gesetze, gewisse Wahrscheinlichkeiten beinhalten, wie Gene an Nachkommen weitergegeben werden. Und wenn man das dann hochrechnet auf alle 60.000 Gene, der beispielsweise der Mais hat, und man kreuzt zwei solcher Individuen miteinander, dann können Sie sich leicht vorstellen, wie groß die Zahlen sind, die da entstehen."
Ziemlich genau 60.000 hoch 300 Kombinationsmöglichkeiten. Um die gewünschten Eigenschaften der Mais-Sorte simulieren zu können, wie zum Beispiel Krankheitsresistenzen oder Widerstandsfähigkeit gegen Dürre, müssen die Züchtungsinformatiker natürlich wissen, welche Maissorten welche Eigenschaften haben, die sie vererben können. Albrecht Melchinger:
"Wir entwickeln im Moment eine solche Datenbank. In der Datenbank sind zwei Arten von Daten drin: zum einen Daten, die im Feld gewonnen werden, zum anderen sind in dieser Datenbank sehr viele molekulare Informationen drin, also Informationen, die auf DNA-Untersuchungen basieren. Und die beiden Dinge muss man heute zusammen führen. Das haben wir heute in den Datenbanken drin beziehungsweise müssen eben solche Datenbanken erstellen, die mit diesen Daten zurecht kommen, und dann vor allen Dingen eine Verknüpfung der verschiedenen Ebenen ermöglichen."
Im Computer wird dann regelrecht durchgespielt, welche Vererbungsprozesse in den Pflanzen ablaufen werden.
"Wir wissen, Mais hat zehn Chromosomen. Wenn wir die miteinander kreuzen, spaltet das auf. Und wir wissen dann, wie viele erwünschte Gene wir zusammenfügen wollen. Jeder der Eltern bringt einen Teil der erwünschten Gene mit. Also stellen Sie sich einfach mal vor, der eine der Eltern hätte zehn positive Eigenschaften, und der andere zehn. Die wollen wir zusammenfügen in einem neuen Gen, der dann alle 20 positiven Eigenschaften hat."
Wenn nun der eine Eltern-Mais mehr erwünschte Eigenschaften hat als sein herausgesuchter "Partner", kreuzen die Züchtungsinformatiker einfach zurück und treten eine kleine Zeitreise von zwei oder drei Generationen in die Vergangenheit an. Dabei wird simuliert, was in früheren Vererbungsprozessen in der Pflanze abgelaufen ist.
"Um möglichst effizient zu dem optimalen Genotyp zu gelangen, der dann sämtliche positive Eigenschaften in sich trägt, müssen wir schrittweise vorgehen. Wir sprechen in der Pflanzenzüchtung von Mehrstufenselektion. Und dieser Prozess, der ist analytisch nicht zu optimieren. Und deswegen müssen wir eben Simulationstools heute einsetzen."
Die wissenschaftlichen Grundlagen für den Einsatz solcher Computersimulationen in der Pflanzenzucht sollen von den Mitarbeitern der Stiftungsprofessur für Nutzpflanzendiversität und Züchtungsinformatik untersucht werden, den die Universität Hohenheim zusammen mit der niedersächsischen KWS Saat AG gerade einrichtet. Das Besetzungsverfahren für die Professur läuft gerade. Acht Jahre lang teilen sich Stifterin KWS Saat AG und die Universität Hohenheim die Kosten für den Lehrstuhl, danach führt die Universität den Lehrstuhl mindestens weitere acht Jahre fort. 15.000 Euro im Jahr schießt der Stifterverband zu, der die Professur auch inhaltlich und organisatorisch betreut.
"Ein Teil der Pflanzenzüchtung lässt sich in der Tat berechnen, zumindest simulieren im Rechner. Das hängt damit zusammen, dass die Vererbungsgesetze, die Mendelschen Gesetze, gewisse Wahrscheinlichkeiten beinhalten, wie Gene an Nachkommen weitergegeben werden. Und wenn man das dann hochrechnet auf alle 60.000 Gene, der beispielsweise der Mais hat, und man kreuzt zwei solcher Individuen miteinander, dann können Sie sich leicht vorstellen, wie groß die Zahlen sind, die da entstehen."
Ziemlich genau 60.000 hoch 300 Kombinationsmöglichkeiten. Um die gewünschten Eigenschaften der Mais-Sorte simulieren zu können, wie zum Beispiel Krankheitsresistenzen oder Widerstandsfähigkeit gegen Dürre, müssen die Züchtungsinformatiker natürlich wissen, welche Maissorten welche Eigenschaften haben, die sie vererben können. Albrecht Melchinger:
"Wir entwickeln im Moment eine solche Datenbank. In der Datenbank sind zwei Arten von Daten drin: zum einen Daten, die im Feld gewonnen werden, zum anderen sind in dieser Datenbank sehr viele molekulare Informationen drin, also Informationen, die auf DNA-Untersuchungen basieren. Und die beiden Dinge muss man heute zusammen führen. Das haben wir heute in den Datenbanken drin beziehungsweise müssen eben solche Datenbanken erstellen, die mit diesen Daten zurecht kommen, und dann vor allen Dingen eine Verknüpfung der verschiedenen Ebenen ermöglichen."
Im Computer wird dann regelrecht durchgespielt, welche Vererbungsprozesse in den Pflanzen ablaufen werden.
"Wir wissen, Mais hat zehn Chromosomen. Wenn wir die miteinander kreuzen, spaltet das auf. Und wir wissen dann, wie viele erwünschte Gene wir zusammenfügen wollen. Jeder der Eltern bringt einen Teil der erwünschten Gene mit. Also stellen Sie sich einfach mal vor, der eine der Eltern hätte zehn positive Eigenschaften, und der andere zehn. Die wollen wir zusammenfügen in einem neuen Gen, der dann alle 20 positiven Eigenschaften hat."
Wenn nun der eine Eltern-Mais mehr erwünschte Eigenschaften hat als sein herausgesuchter "Partner", kreuzen die Züchtungsinformatiker einfach zurück und treten eine kleine Zeitreise von zwei oder drei Generationen in die Vergangenheit an. Dabei wird simuliert, was in früheren Vererbungsprozessen in der Pflanze abgelaufen ist.
"Um möglichst effizient zu dem optimalen Genotyp zu gelangen, der dann sämtliche positive Eigenschaften in sich trägt, müssen wir schrittweise vorgehen. Wir sprechen in der Pflanzenzüchtung von Mehrstufenselektion. Und dieser Prozess, der ist analytisch nicht zu optimieren. Und deswegen müssen wir eben Simulationstools heute einsetzen."
Die wissenschaftlichen Grundlagen für den Einsatz solcher Computersimulationen in der Pflanzenzucht sollen von den Mitarbeitern der Stiftungsprofessur für Nutzpflanzendiversität und Züchtungsinformatik untersucht werden, den die Universität Hohenheim zusammen mit der niedersächsischen KWS Saat AG gerade einrichtet. Das Besetzungsverfahren für die Professur läuft gerade. Acht Jahre lang teilen sich Stifterin KWS Saat AG und die Universität Hohenheim die Kosten für den Lehrstuhl, danach führt die Universität den Lehrstuhl mindestens weitere acht Jahre fort. 15.000 Euro im Jahr schießt der Stifterverband zu, der die Professur auch inhaltlich und organisatorisch betreut.