Verbesserung der Trockenheitstoleranz von Mais und der Produktivität von Sorghum

Der Klimawandel erhöht das Risiko von Wasserknappheit, wobei Mais und Sorghum trotz ihres C4-Stoffwechsels mit Herausforderungen hinsichtlich der Wassernutzungseffizienz konfrontiert sind. Mais verbraucht in Regionen wie Frankreich in der Regel mehr Bewässerungswasser als Sorghum, doch beide Kulturen weisen eine hohe Wassernutzungseffizienz auf. Obwohl Sorghum oft als dürreresistent angesehen wird, reagiert seine Kornbildung empfindlich auf Wassermangel, was seinen Einsatz in ariden Regionen einschränkt. Genetische Forschung, einschließlich Gentransfer-Experimenten, hat das Potenzial zur Verbesserung der Trockenheitstoleranz aufgezeigt, doch sind nur wenige kommerzielle Sorten verfügbar. Tolerante Genotypen werden derzeit in Mexiko (Mais), Ostafrika (Mais) sowie in Indien und Australien (Sorghum) eingesetzt. Die Trockenheitstoleranz von Mais hat sich durch Selektion verbessert, insbesondere in gemäßigten Regionen, wo neuere Sorten ihre Erträge auch unter Trockenheitsbedingungen aufrechterhalten, ohne die Gesamtproduktivität zu beeinträchtigen. Tropische Maissorten, die vom CIMMYT für trockenheitsanfällige Gebiete entwickelt wurden, bergen durch die Nutzung genetischer Ressourcen von Teosinte und Tripsacum ungenutztes Potenzial für eine Anpassung an europäische Bedingungen. Strategien zur Trockenheitstoleranz sind stark szenarioabhängig: Die Beibehaltung der Kornzahl kann bei schwerer Dürre die Ertragsqualität mindern, während die Vorteile einer tiefen Wurzelbildung von den Bodenbedingungen abhängen. Es gibt keine universelle Lösung; bei der Züchtung müssen kontextspezifische Merkmale Vorrang haben. Der Ruf von Sorghum als dürreresistente Kultur steht im Gegensatz zu seiner im Vergleich zu Mais geringeren Produktivität. Es reagiert empfindlich auf Wassermangel, wobei in Frankreich Ertragsunterschiede von bis zu 30 q/ha zwischen bewässerten und nicht bewässerten Kulturen auftreten. Seine Toleranz könnte auf eine anhaltende Stickstoffaufnahme und eine effiziente Photosynthese bei schwankender Bodenfeuchte zurückzuführen sein. Das „Stay-Green“-Merkmal – die Verlängerung der photosynthetischen Aktivität nach der Blüte – ist entscheidend für die Trockenresilienz. In Europa hat sich die Sorghum-Züchtung auf die Hybridisierung mittels zytoplasmatischer männlicher Sterilität konzentriert, doch wurden die Fortschritte durch die Photoperiodenempfindlichkeit und die begrenzte Erforschung der tropischen Vielfalt eingeschränkt. Das Programm des US-Landwirtschaftsministeriums (USDA) aus den 1960er Jahren reduzierte die Photoperiodenempfindlichkeit, doch das Produktivitätspotenzial von Sorghum könnte durch die Zykluslänge und die Entwicklungsgeschwindigkeit der Rispen von Natur aus begrenzt sein. Eine Umverteilung der Photosyntheseprodukte oder die Optimierung der Wachstumsstadien könnte die Erträge steigern, ohne die Zyklen zu verlängern. Die Forschung zur Dürretoleranz von Mais hat wichtige genetische Mechanismen und QTLs identifiziert, die nun in Züchtungsprogramme integriert werden. Die markergestützte Selektion (MAS) und Studien zur B-Untereinheit des Kernfaktors Y (NF-Y) zielen darauf ab, die Futterqualität von Sorghum und seine Dürreresilienz zu verbessern. Vergleichende genetische Kartierungen zwischen Mais und Sorghum haben duplizierte Chromosomenabschnitte aufgezeigt, was artübergreifende Erkenntnisse ermöglicht. Obwohl Fortschritte erkennbar sind, besteht nach wie vor erheblicher Spielraum für die Verbesserung der Trockenheitstoleranz durch szenariospezifische Züchtung, genetische Modellierung und die Nutzung der tropischen Artenvielfalt. Diese Bemühungen zielen darauf ab, die landwirtschaftliche Produktivität angesichts zunehmender Wasserknappheit aufrechtzuerhalten.