Die Geschichte der Domestizierung und Selektion von Luzerne: Eine neue Perspektive anhand der genetischen Vielfalt bei der Keimung von Samen in Abhängigkeit von Temperatur und Skarifizierung

Luzerne (Medicago sativa), eine wichtige mehrjährige Weide-Hülsenfrucht, gehört zu einem Artenkomplex, der mehrere Unterarten mit wilden und kultivierten Populationen umfasst. Die Bestandsetablierung kann durch eine schlechte Keimfähigkeit beeinträchtigt werden. Die Skarifizierung der Samen, deren Qualitätsverlust sowie die Temperatur haben Einfluss auf die Keimfähigkeit. Ziel dieser Studie war es, die genetische Vielfalt der Luzerne-Keimung in Abhängigkeit von drei Faktoren zu analysieren: (1) Die Temperatur, mit sieben konstanten Temperaturen im Bereich von 5 bis 40 °C, wurde an 38 Akzessionen getestet, (2) Die Samenskarifizierung wurde an denselben Akzessionen bei 5 und 22 °C untersucht, (3) die Samenalterung wurde an zwei Akzessionen und zwei Samenpartien bei den sieben Temperaturen untersucht. Die Keimdynamik der Saatgutpartien im Zeitverlauf wurde modelliert und drei Parameter analysiert: Keimfähigkeit (Keimkapazität), maximale Keimrate (maximaler Prozentsatz keimender Samen pro Zeiteinheit) und Verzögerungszeit bis zum Keimen des ersten Samens. Die Saatgut-Skariifikation verbesserte die Keimfähigkeit bei beiden Temperaturen, und ihre Wirkung war bei falcata- und wilden sativa-Akzessionen deutlich stärker. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass das Merkmal der Hartkeimigkeit während der Domestizierung und Selektion nicht vollständig verloren gegangen ist, was darauf hindeutet, dass auf die Einbeziehung von Wildmaterial in Züchtungsprogramme eine Selektion auf Keimfähigkeit ohne Skarifizierung folgen sollte. Saatgutpartien mit veränderter Keimfähigkeit wiesen bei extremen Temperaturen – sowohl bei Kälte als auch bei Hitze – eine geringe Keimung auf, was darauf hindeutet, dass milde Temperaturen erforderlich sind, um die Keimung beschädigter Saatgutpartien zu fördern. Es zeigte sich eine große genetische Vielfalt hinsichtlich der Keimung (sowohl Keimfähigkeit als auch Keimrate) in Abhängigkeit von der Temperatur. Alle Akzessionen wiesen bei 15 oder 22 °C eine optimale Keimung und bei 40 °C eine schlechte Keimung auf. Die Sorten und Landsorten von sativa wiesen bei Temperaturen von 5 bis 34 °C eine hohe Keimrate auf, während die Keimrate von falcata und den wilden sativa-Akzessionen bei 5 bzw. 34 °C geschwächt war. Diese Unterschiede werden als Anpassung an das Klima ihrer geografischen Herkunftsregionen interpretiert, um Frost- oder Hitze-/Trockenheitsrisiken zu entgehen. Diese neuen Erkenntnisse liefern Einblicke in die Anpassung und Domestizierung von Luzerne in ihrem weitläufigen Verbreitungsgebiet. Sie legen nahe, dass eine weitere Verbesserung der Keimfähigkeit erforderlich ist, insbesondere bei der Einbringung von Wildmaterial in Züchtungspools, um die Notwendigkeit einer Skarifizierung zu beseitigen und Unterschiede in der Reaktion auf Temperatur zu begrenzen.