Mit Nutzpflanzen den Klimawandel von innen heraus bekämpfen
Angesichts des Klimawandels, der Hitzewellen, Dürren und Wetterextreme verschärft, steht die Landwirtschaft vor einer doppelten Herausforderung: Sie muss eine wachsende Weltbevölkerung ernähren und gleichzeitig ihren Umweltfußabdruck verkleinern. Mit dem EIC-finanzierten Projekt Crop4Clima(öffnet in neuem Fenster) werden beide Probleme gleichzeitig angegangen, da die Art und Weise neu gestaltet wird, wie Pflanzen mit Kohlendioxid umgehen. „Die Agrarindustrie und insbesondere der Rapsanbau sind vom Klimawandel stark betroffen“, erklärt Silvia Shaked, Vizepräsidentin für experimentelle Technologien beim israelischen Biotechnologieunternehmen Evogene Ltd(öffnet in neuem Fenster) und Projektkoordinatorin von Crop4Clima. „Der Markt ist begierig auf eine bahnbrechende Lösung, mit der eine Anpassung der Kulturpflanzen an neue Umgebungen möglich wird. Ich glaube, dass Crop4Clima diese Lösung bieten kann.“ Das im Mai 2023 gestartete und Ende 2025 abgeschlossene Projekt Crop4Clima wurde vom Europäischen Innovationsrat (EIC)(öffnet in neuem Fenster) finanziert und von Evogene Ltd. koordiniert. Als Ziel galt, erstmals Raps- und Null-Raps-Sorten zu entwickeln, die bis zu 60 % mehr CO2 aufnehmen können, rund 20 % weniger Wasser verbrauchen und auch bei Trockenheit und anderen klimatischen Belastungen einen hohen Ölgehalt behalten.
Neuprogrammierung der Photosynthese
Im Mittelpunkt des Projekts steht eine Innovation der synthetischen Biologie, mit der eine wichtige Ineffizienz in Pflanzen, die sogenannte Photorespiration, bekämpft wird. Dieser Prozess findet statt, wenn das pflanzliche Enzym RuBisCO irrtümlich Sauerstoff statt Kohlendioxid bindet, wodurch eine verschwenderische Reaktion ausgelöst wird, die CO2 freisetzt und Energie verbraucht. Photorespiration kann die photosynthetische Effizienz um bis zu 20 bis 50 % verringern. Um diesen Engpass zu überwinden, entwickelten Forschende des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie (MPI)(öffnet in neuem Fenster) einen neuen synthetischen Stoffwechselweg, den Tartronyl-CoA-Signalweg (TaCo). Anstatt während der Photorespiration CO2 freizusetzen, wird es über diesen Weg aufgefangen und wieder gebunden, wodurch ein Verlustprozess in einen Gewinn umgewandelt wird. Resultat dessen ist eine Pflanze, die sich verhält, als hätte sie eine Aufrüstung ihres inneren Motors erhalten: Sie spart Energie, nimmt mehr Kohlenstoff auf und wächst auch unter stressigen Bedingungen wie Hitze und Wasserknappheit weiter.
Vom Labor aufs Feld
Im Rahmen von Crop4Clima wurde der TaCo-Signalweg mithilfe der fortgeschrittenen Evogene-Pflanzenzüchtungsplattformen erfolgreich bei kommerziell relevanten Rapslinien eingeführt. Validierungsversuche ergaben, dass veränderten Pflanzen über Generationen hinweg gleichbleibende Leistungen erbringen, die mit deutlichen Verbesserungen bei Wachstum, physiologischer Gesundheit und Ertrag verbunden sind. Das Projektteam hat mehrere wichtige Vorteile aufgezeigt, darunter eine optimierte Dürre- und Hitzetoleranz, eine erhöhte Kohlenstoffaufnahme und eine gleichbleibende Saatgutqualität, die ein entscheidender Faktor für die Rapsanbaubetriebe sowie die nachgelagerten Lebens- und Futtermittelmärkte ist. Wichtig ist, dass es gegenwärtig keine kommerziellen Nutzpflanzen mit dieser Kombination von Merkmalen gibt. In Europa und weltweit sind Raps und Null-Raps-Genotypen wichtige Kulturpflanzen, und die Technologie weist ein erhebliches Potenzial für die Anwendung bei anderen landwirtschaftlichen Erzeugnissen wie Sojabohnen, Baumwolle und Reis auf.
Auf dem Weg zur klimaintelligenten Landwirtschaft
Neben der technischen Entwicklung wird im Rahmen von Crop4Clima an der kommerziellen Nutzung gearbeitet. Das Projektteam plant die Gründung eines eigenen Saatgutunternehmens und hat bereits mit der Entwicklung eines Geschäftsmodells begonnen, das auf die sich entwickelnden Lebensmittelwertschöpfungsketten und Klimaziele abgestimmt ist. Das Ziel lautet, durch vorkommerzielle Vereinbarungen mit Industriepartnern die Technologie zur vollen Marktreife zu bringen. Insgesamt wird mit Crop4Clima der überzeugende Beweis dafür geliefert, dass gezieltes Signalweg-Engineering produktivere und nachhaltigere Nutzpflanzen ergeben kann. Mit der projekteigenen Umwandlung von Pflanzen in effizientere Kohlenstoffsenken wird in eine Zukunft verwiesen, in der die Landwirtschaft zu einem Teil der Klimalösung wird, anstatt Opfer des Klimawandels zu sein.
