Landwirtschaft: Das Korn der Welt steht vor seiner größten Bewährungsprobe

• Ein Drittel aller Lebensmittelvorräte unserer Zeit bestehen aus Weizen.
• Das Getreide wird auch für die Zukunft der Weltgemeinschaft eine zentrale Rolle spielen.
• Es muss also mehr Weizen her, und zwar viel mehr. Wie aber kann das gehen?
• Immer lauter werden die Rufe nach neuen Weizensorten, die besser an die Bedingungen der jeweiligen Regionen angepasst sind, und die dem Klimawandel trotzen.

Irgendwo sind sie sich begegnet, etwa 8000 Jahre vor unserer Zeit. Auf einem kleinen Acker vermutlich, im Nahen Osten. Dort, wo der legendäre fruchtbare Halbmond gelegen haben soll, zwischen Ägypten und Syrien, da, wo die ersten Bauern sich im Kampf gegen die Natur mit der Landwirtschaft mühten, fand ihr Getreide, der Emmer, einen unverhofften Partner. Eine kurze Affäre mit einem wilden Ziegengras, die womöglich sogar mehrfach stattfand - und das bedeutendste Nahrungsgetreide hervorbrachte, das der Mensch heute kennt: den Weizen.

Ein Drittel aller Lebensmittelvorräte unserer Zeit bestehen aus Weizen. Kein Getreide wird in Europa häufiger angebaut, es ist das zweitwichtigste auf der Welt und liefert den größten Anteil an Nahrungskalorien für die Weltbevölkerung. Doch nicht nur auf dem Teller hat der Weizen Superlative zu bieten: Für die Forschung ist die Entstehungsgeschichte des Getreides auch die eines Organismus mit einem der komplexesten Genome, die man bei Nutzpflanzen finden kann. Schon wilder Emmer besitzt einen zwei doppelte Chromosomensätze, einer stammt vom wilden Einkorn, der andere von einem anderen wilden Süßgras.

Der zusätzliche Beitrag des Ziegengrases, dessen Erbgut-Entschlüsselung in dieser Woche bekannt gegeben wurde, machte aus dem Doppel schließlich ein Triple, das heute 17 Gigabasenpaare umfasst, gut 90 000 Gene besitzt und voller rätselhafter Wiederholungen ist. Ein Riese, den zu entziffern lange unmöglich erschien. Erst kürzlich meldeten Forscher um den Genetiker Steven Salzberg von der Johns Hopkins University in Baltimore Vollzug: Alle drei mal 14 Chromosomen sind ausgelesen. Ein Wahnsinnstext, den es jetzt zu verstehen gilt.

Dieses Ungetüm von Erbgut wird auch für die Zukunft der Weltgemeinschaft eine zentrale Rolle spielen. Die Ernährungsorganisation der Vereinten Nationen, die Food and Agricultural Organization (FAO), konstatiert in ihrem jüngsten Bericht zur Lage der Welternährung, dass neben der strukturellen und wirtschaftlichen Probleme die blanke Produktion darüber entscheidet, ob man die Menschen im Jahr 2050 noch ernähren kann. "Die globale Bevölkerung wird von heute 7,3 Milliarden auf knapp 9,8 Milliarden Menschen anwachsen, wobei die größte Zunahme in den Entwicklungsländern zu erwarten ist", heißt es im Bericht.

"Um die Menschheit ernähren zu können, ist ein 50-prozentiger Anstieg der Lebensmittelproduktion bis zur Mitte des Jahrhunderts erforderlich." Weiter weist die FAO auf einen steigenden Bedarf an Weizen in Afrika oder Asien hin. Das Korn und seine Produkte ersetzen die traditionellen Kohlenhydrat-Lieferanten Hirse und Reis, weil Weizen leichter zuzubereiten ist. Insbesondere für Frauen, deren Arbeitskraft außerhalb der Küche benötigt wird, ist das oft entscheidend.

Australier befassen sich intensiv mit der Frage, wie sich Hitze und Trockenheit auswirken

Es muss also mehr Weizen her, und zwar viel mehr. Wie aber kann das gehen? Die globale Produktion der zahlreichen Sorten von Triticum aestivum wächst derzeit nicht, sondern nimmt sogar leicht ab, von 760 Millionen im vergangenen Jahr auf aktuell nur gut 750 Millionen Tonnen. Daraus wird zwar wohl keine dauerhafter Trend, aber das Wachstum ist generell zu niedrig. Zudem zeigt auch das entzifferte Genom des Weizens, dass der Fokus auf Erträge Spuren hinterlassen hat. "Wir können im Erbgut Bereiche ausmachen, die genetisch verarmt sind", sagt Nils Stein vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben, der jüngst an der Aufklärung des Emmer-Genoms beteiligt war.

Immer lauter werden daher die Rufe nach neuen Weizensorten, die besser an die Bedingungen der jeweiligen Regionen angepasst sind, und die dem Klimawandel trotzen. So befasst sich Australien intensiv mit der Frage, wie genau sich Trockenheit und Hitze auf das Wachstum des Weizens auswirken. Studien zeigen, dass die Ernten weniger schnell wachsen als bisher.

Doch Weizenzucht ist eine langwierige Angelegenheit. Zwar können Hybridsorten bei Pflanzen echte Hammererträge liefern, weil aus den Mischlingsnachkommen reinerbiger Elternpflanzen allein positive Eigenschaften hervortreten. Dieser Effekt, Heterosis genannt, ist beim Selbstbefruchter Weizen aber unberechenbar. Hybride haben sich deshalb nicht durchgesetzt. Auch hier könnte die Entzifferung des Erbguts vermutlich große Erleichterungen bringen, doch derzeit bedeutet Weizenzüchtung eben Geduld. Die Entwicklung neuer Sorten muss außerdem an den Standorten erfolgen, an denen der Weizen später wachsen soll. Die Züchtung funktioniert so, wie es schon bei der ersten gezielten Vermischung zweier Pflanzen durch Menschenhand geschehen ist: Zwei Sorten, mehr oder minder verwandt, werden zusammengebracht, weil die eine etwas hat, was der anderen fehlt. Ein Merkmal, wie etwa die Festigkeit der Halme, die Größe der Körner oder die Resistenz gegen eine der gefürchteten Krankheiten, die den Weizen befallen kann.

In Sachsen-Anhalt gibt es Felder, auf denen der aufwendige Vorgang zu beobachten ist. Denn hier gibt es eine Weizenzüchtungsstation, die vor wenigen Jahren vom Saatgutriesen Syngenta gekauft wurde. Der oberste Weizenzüchter in Hadmersleben, Ebrahim Kazman, bezeichnet seine Arbeitspflanze gern als "genetisches Monster". Seit Jahrzehnten beißt sich der aus Afghanistan stammende Experte die Zähne daran aus, Weizen mit den verfügbaren Methoden noch besser zu machen. Zwar setzt Syngenta nach eigenen Angaben Marker-assistierte Verfahren für die Zucht ein, die dabei helfen, gewünschte Gene im Gros der Kreuzungen zielsicher auszumachen. Ohne Genetik geht es also auch beim Weizen nicht. Aber Zucht, wie sie bei anderen Ackerpflanzen wie Mais betrieben wird, ist beim Weizen nicht möglich. Kazmans Mitarbeiter schreiten vielmehr durch die Testfelder und wählen per Augenmaß aus. "Der sieht gut aus, der nicht. Raus damit."

Kazman macht es vor und rupft einige Pflanzen heraus, die zu hoch sind oder zu kleine Ähren haben. So wird nach und nach ausgewählt, später geerntet und wieder ausgesät, was den Selektionsprozess überstanden hat. Immer kleinere Felder mit immer einheitlicheren Pflanzen sind das Ergebnis. Dass sie einheitlich sind, verlangt nicht zuletzt das Sortenamt. Doch wird der Weizen so fit für eine nahe Zukunft mit 50 Prozent mehr Bedarf an Nahrung? Weizen hat ja mit vielen Problemen zu kämpfen, vor allem mit Schädlingen. Einer von ihnen heißt Ug99.

Ug99, der Schwarzrost, kam vor 19 Jahren wie ein Fluch der Vergangenheit über den Weizen: Varianten des Pilzes hatten früher schon vielen Bauern das Leben zur Hölle gemacht, erste Nachweise davon in Weizen aus Israel sind 3300 Jahre alt. Vor fast 70 Jahren kreuzten Züchter jedoch Resistenzgene gegen den gefährlichsten aller Weizenschädlinge in ihre Sorten ein, das Getreide wurde immun und der Entdecker Norman Borlaug, das Gesicht der grünen Revolution in der Landwirtschaft, erhielt den Friedensnobelpreis. Das Problem schien vom Tisch. Bis 1998 völlig unerwartet Ug99 auftauchte, vernichtender als jeder andere Stamm zuvor. In Uganda zerstörte der Pilz die Ernten vollständig.

Und das in einer Welt, in der es nun kaum noch Experten für die fast ausgerottete Krankheit gab. Niemand wusste, wie man der Bedrohung beikommen sollte, dem neuen Stamm von Puccinia graminis f. sp. tritici, so heißt der Weizenschwarzrost wissenschaftlich. Erste resistente Sorten konnten nach rund zehn Jahren entwickelt werden, aber es dauerte 15 Jahre, bis Forscher Resistenzgene entdeckten, die den Weizen definitiv vor dem verheerenden Neuling schützen. Sie müssen nun in weitere Sorten eingebracht werden, und zwar in so viele, wie es unterschiedliche betroffene Standorte gibt.

Es ist ein Wettlauf mit der Zeit, denn mittlerweile hat sich Ug99 mit verschiedenen Varianten über Ostafrika , bis nach Pakistan und in den Jemen ausgebreitet. Dass das so schnell geht, liegt nicht an der Globalisierung des Weizenmarktes, sondern an den Luftströmen der oberen Atmosphäre, die von den Sporen des Pilzes wie ein Lift genutzt werden. Forschern ist es kürzlich zwar gelungen, die Ausbreitungswege des Rostes mithilfe von Modellierungen nachzuzeichnen und eine Expansion des Problems nach Indien zu prophezeien, dem zweitgrößten Weizenproduzenten der Welt. Doch zu wissen, wo der Rost auftauchen könnte, hilft nur, wenn der Weizen dort rechtzeitig fit gemacht werden kann gegen den Schädling.

Das gilt auch für Europa, das mehr Weizen anbaut als jede andere Region auf der Welt, mit Frankreich und Deutschland an der Spitze. Erst im Februar warnten Wissenschaftler vor einem neuen Schwarzrostschädling, der sich von Ug99 zwar unterscheidet, aber nicht minder bösartig ist. Auf Sizilien vernichtete er im vergangenen Sommer auf Zehntausenden Hektar die Ernte. Tests haben gezeigt, dass der Pilz eine ganze Palette von Weizensorten befällt und sogar dem Durumweizen gefährlich wird, der Grundlage für alle Hartweizenpasta. Wie letztlich auch bei Ug99 erwarten die Experten, dass sich der Stamm weiter ausbreitet. Und er kommt nicht allein. Auch ein gefürchteter neuer Gelbroststamm, vorläufig als Pst(new) bezeichnet, ist bereits von Marokko bis nach Italien und Nordeuropa vorgedrungen.

"Damit wird der Weizen noch einmal anfälliger für Pilzerkrankungen"

Es werden weitere Pilze kommen. Schon seit 2010 stellen Wissenschaftler eine verstärkte Einwanderung von Weizenschädlingen nach Europa fest. Den Experten zufolge ist das auch auf den Klimawandel zurückzuführen: Der wärmere Herbst und die milderen Winter erleichtern den virulenten Neuankömmlingen das Überleben, gerade Pilze werden im Winter meist durch tiefe Temperaturen abgetötet. Außerdem vergrößert die intensive Landwirtschaft mit ihren riesigen Monokulturen die Angriffsfläche. Und nicht zuletzt spekulieren einige Forscher, dass die Sporen der Pilze auch auf der Kleidung von Reisenden eingeschleppt werden könnten.

Fest steht, dass die Bedrohung groß ist: 90 Prozent der heute verfügbaren Weizengetreide sind anfällig für die neuen Rost-Varianten, wenn sie sich auch in Europa weiter ausbreiten, wird das die Lebensmittelpreise stark in die Höhe treiben und die Versorgung mit Weizen gefährden. Sogar in Deutschland. Auch hier sind deshalb neue Sorten nötig. Man könnte trockenresistente Varianten oder unwetterfesten Weizen gut gebrauchen, denn die Dürren in Ostdeutschland setzen den Ernten zu. Wer sich die Kornfelder nach den kurzen, heftigen Starkregenereignissen im vergangenen Sommer angesehen hat, konnte lernen, wie Weizen "ins Lager" geht: Die Halme und Ähren liegen platt am Boden, als sei eine Walze drübergefahren. "Damit wird der Weizen noch einmal anfälliger für Pilzerkrankungen", sagt Klaus Mayer vom Helmholtzzentrum München, der die Abteilung Plant Genome and Systems Biology leitet und Mitglied des Konsortiums zur Aufklärung des Weizengenoms ist.

Auch Mayer betont die Notwendigkeit neuer Sorten, weiß aber um die Probleme. "Mit konventionellen Zuchtmethoden dauert die Entwicklung einer neuen Sorte um die zehn Jahre", sagt er. "Mit genetischen Sonden und Markern lässt sich der Zeitraum um drei, vier Jahre vermindern". Ein beschleunigender Schritt wäre der Einsatz neuer gentechnischer Methoden, die weit weniger invasiv sind als die alte Gentechnik und auch ohne artfremde Gene auskommen. Wobei Weizen ohnehin kein guter Kandidat für die Manipulation mit solchen Transgenen ist, auch das liegt an seinem übergroßen Genom. Das musste Monsanto schmerzhaft erfahren. Der Saatgutriese hatte einen Glyphosat-resistenten Weizen entwickelt, der nie auf den Markt kam. Heute arbeitet das Unternehmen nach eigener Aussage nicht mehr an genetisch verändertem Weizen.

Mit den neuen Instrumenten ist jedoch vieles anders. So ist es Forschern bereits gelungen, durch einen einfachen Schnitt im Erbgutmonster des Weizens eine stabile Resistenz gegen den gefürchteten Mehltau zu erzeugen. Das Werkzeug, das dafür verwendet wurde, heißt Crispr-Cas9. Es wird oft Genschere genannt, weil es ganz präzise dort im Genom seine Schnitte setzt, wo es auch erwünscht ist. Schon darin unterscheidet sich die neue Technik von der alten. Dazu kommt, wie beim Mehltau, dass der Schnitt allein oft reicht, um ein Gen auszuschalten oder die Lesbarkeit von defekten Genen wieder herzustellen. So, wie es per Zufall auch in der Natur passiert, oder aggressiv bei der ungerichteten Mutagenese durch radioaktive Bestrahlung oder chemische Behandlung, mit allen erdenklichen Kollateralschäden im Erbgut der Pflanze. Keine Frage, dass Crispr geradezu ideal für die Zucht von Pflanzen erscheint. Internationale Saatgutkonzerne nutzen die Methode bereits.

Das Problem der Deutschen ist eine besonders romantische Vorstellung von Landwirtschaft

Doch im gemeinnützigen Forschungsbereich scheitert der Kurswechsel an alten Ängsten. Gerade in Deutschland scheuen Forscher fast jede Äußerung zu neuer Gentechnik. "Man könnte mit dem Gene Editing vieles erreichen, aber darüber redet keiner, da sind wir gebrannte Kinder", sagt Klaus Mayer. Die Resignation ist nicht nur ihm anzumerken. Der öffentliche Widerstand gegen alles, was mit "Gen" anfängt, ist einfach zu groß. "Dabei habe ich einerseits Verständnis für die Bedenken der Menschen", sagt Mayer. Wie die meisten Experten sieht er eine gezielte Züchtung mit neuen Methoden nur als Teil einer Lösung, die umfassend sein muss und zu der dringend auch neue landwirtschaftliche Praktiken gehören. Aber Pflanzenzüchtung arbeite seit jeher mit dem, was die Natur genetisch zur Verfügung stelle, sie sei im Kern nicht artifiziell - und seit jeher ein Eingriff in die Evolution. "Die Menschen hier haben allerdings eine besonders romantische Vorstellung von Landwirtschaft, das ist eine deutsche Spezialität".

Der große Erfolg, das Weizengenom nun endlich vorliegen zu haben und mit seiner Hilfe viele Eigenschaften des Weizens überhaupt erst genetisch verorten zu können, bleibt also vorläufig ein wissenschaftlicher. Wie man ihn zum Besten der Menschheit nutzen kann, bleibt eine offene Frage, die sich der Mensch vor 8 000 Jahren wohl eher nicht gestellt hätte. Er hätte vermutlich genau so zugegriffen, wie er es beim Weizen tat. Es ging schließlich ums Überleben.