Weizen gehört zu den wichtigsten Kulturpflanzen weltweit und ist damit entscheidend für die Ernährungssicherheit. Eine aktuell erschienene Studie von Forschenden der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) in „Nature Communications“ liefert neue Einblicke in die biologischen Mechanismen, die den Ertrag von Weizen bestimmen. Die Forschenden konnten zeigen, dass hohe Erträge nicht von einzelnen Eigenschaften abhängen. Der Ertrag von Nutzpflanzen wie Weizen ist das Ergebnis komplexer Wechselwirkungen zwischen genetischen Eigenschaften, Umweltfaktoren und landwirtschaftlichem Management. Die Studie zeigt, dass diese Prozesse nicht statisch sind, sondern dass Pflanzen ihre physiologischen Strategien flexibel an unterschiedliche Umweltbedingungen anpassen können – ein entscheidender Vorteil angesichts zunehmender Klimaschwankungen.
Die Publikation unter der Leitung von Tsu-Wei Chen, Professor für Intensive Plant Food Systems an der Fakultät für Lebenswissenschaften der HU, vereint drei zentrale Perspektiven – die Physiologie der Kulturpflanzen, moderne Pflanzenzüchtung und die Herausforderungen des Klimawandels – und zeigt, wie ihr Zusammenspiel entscheidend für die zukünftige Ertragsstabilität ist. So wird etwa deutlich, dass die sogenannte „Source-Sink-Dynamik“, also das fein abgestimmte Verhältnis zwischen der Produktion von Assimilaten (Kohlenhydrate) durch die Photosynthese (Quelle) und deren Einlagerung in die Körner (Senke), eine Schlüsselrolle für die Ertragsbildung einnimmt und maßgeblich durch Pflanzenzüchtung und Umweltbedingungen beeinflusst wird.
Langjährige Pflanzenzüchtung verbessert die Anpassungsfähigkeit der Pflanzen an Klimaveränderungen
Das Team um Chen sammelte und analysierte umfangreiche Datensätze über die historische Weizenzüchtung und untersuchte sowohl quellenbezogene Merkmale wie zum Beispiel die Photosynthese-Leistung als auch senkenbezogene Eigenschaften, beispielsweise die Kornentwicklung. Dabei konnten sie zeigen, dass Fortschritte in der Züchtung nicht nur auf einzelne Merkmale zurückzuführen sind, sondern auf ein fein abgestimmtes Netzwerk physiologischer Prozesse. Die neue Analyse knüpft an eine frühere Studie derselben Arbeitsgruppe an, die 2023 in Nature Plants veröffentlicht wurde (Sabir et al., 2023, Nature Plants,) und bestätigt einen unerwarteten Befund, bei dem Pflanzenzüchtungen zwischen 1960 und 2010 untersucht wurden: Langjährige Pflanzenzüchtung verbessert offenbar unbeabsichtigt die Sensitivität gegenüber erhöhten Temperaturen im Zuge des Klimawandels – insbesondere in frühen Entwicklungsphasen – und verbessert damit auch die Anpassungsfähigkeit der Pflanzen.
Die Erkenntnisse haben weitreichende Bedeutung für die Landwirtschaft: Durch ein besseres Verständnis der dynamischen Interaktion von Quelle und Senke könnten zukünftige Züchtungsprogramme gezielter auf stabile und hohe Erträge ausgerichtet werden – selbst unter Stressbedingungen wie Trockenheit oder Temperaturveränderungen.
Insgesamt unterstreicht die Studie die Notwendigkeit eines integrativen Ansatzes in der Pflanzenforschung, der genetische, physiologische und pflanzenbauliche Faktoren gemeinsam betrachtet. Dies könnte einen entscheidenden Beitrag zur globalen Ernährungssicherheit leisten.
Beteiligte Institutionen
- Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU)
- Julius Kühn-Institute, Universität Bonn
Publikation
Plasticity of source-sink dynamics contributes to wheat yield stability
Tien-Cheng Wang, Anna Moritz, Mahmoud Mabrouk, Emilio Villar Alegría, Burak Arinalp, Eliyeh Ganji, Lukas Förter, Benjamin Wittkop, Eva Herzog, Rod J. Snowdon, Andreas Stahl & Tsu-Wei Chen. 2026. Plasticity of source-sink dynamics contributes to wheat yield stability. Nature Communication.
Zur Person
Tsu-Wei Chen ist seit 2020 Professor für Intensive Plant Food Systems an der Fakultät für Lebenswissenschaften der Humboldt-Universität zu Berlin. Im Jahr 2020 wurde er in das renommierte Emmy Noether-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) aufgenommen. Er forscht zu physiologischen Funktionen gärtnerischer und landwirtschaftlicher Kulturpflanzen (Getreide und Gemüse) und wie diese Funktionen durch Pflanzenzüchtung verbessert werden können.