Zuckerrohr ist eine tropische Pflanze, die 60-80 % der weltweit produzierten Rohsaccharose ausmacht. Zwei wilde Zuckerrohrarten sind bekannt Saccharum Gattung, S. spontaneum und S. robustum. Das süße domestizierte Rohr, S. officinarum, soll von domestiziert worden sein S. robustum in Neuguinea vor etwa 8,000 Jahren. Zuckerrohre sind alle polyploid (haben mehr als zwei gepaarte Chromosomensätze) und moderne Sorten haben etwa 120 Chromosomen, was jede genomische Arbeit mit Zuckerrohr kompliziert macht. Im Vergleich dazu hat der Mensch 23 Paare, also insgesamt 46 Chromosomen.

Nicolas Pompidor, Doktorand, und Dr. Angélique D’Hont von CIRAD und Kollegen von der University of California, Berkeley und der University of Illinois analysierten Hunderte von Zuckerrohrsequenzen und fanden heraus, dass die Gattung aus drei Gründungsgenomen stammt. Es wurde festgestellt, dass moderne Sorten alle von einigen interspezifischen Hybridisierungen abstammen, die vor einem Jahrhundert von Züchtern zwischen einigen wenigen gemacht wurden S. officinarum und S. spontaneum. Dr. Angélique D'Hont hat zur Zusammenstellung des ersten beigetragen Zuckerrohr-Referenzgenom und hat daran gearbeitet Bananen-Genomik.

Pompidor, D'Hont und Kollegen sequenzierten 12 Haplotypen der Sorte R570, wobei sie sich auf zwei unterschiedliche genomische Regionen konzentrierten (Adh1 und Rpa1). Die Forscher stellten außerdem 95 vollständige Genomsequenzen und 304 gezielte Sequenzen zusammen, um die genetische Vielfalt zu erfassen Saccharum (S. officinarum, S. robustum, S. spontaneum, S. barberi, S. edule) und verwandte Arten. Phylogenetische Beziehungen, Divergenzzeiten und Herkunft von drei Gruppen wurden analysiert.

Das süße Zuckerrohr, S. officinarum zeichnet sich durch seinen dicken Stamm aus, in dem der größte Teil der Saccharose gespeichert ist. Quelle: canva.

Die Forscher fanden heraus, dass die 12 Haplotypen drei Gruppen bildeten, was darauf hindeutet, dass es drei Gründungsgenome (A, B und C) gab, die an der Entstehung von beteiligt waren Saccharum Gattung und moderne Zuckerrohrsorten. Die Genome A und B wurden vom süßen Zuckerrohr beigesteuert, S. officinarum während C von der Wildart beigesteuert wurde, S. spontaneum. Es wurde geschätzt, dass sich diese Gruppen vor etwa 0.8 bis 1.3 Millionen Jahren voneinander getrennt haben, während die Saccharum und Miscanthus Gattungen trennten sich vor 5.7 Millionen Jahren voneinander. Innerhalb der beiden genomischen Regionen wurden 60-188 Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) identifiziert, die in zukünftigen Studien verwendet werden können, um die Beiträge der drei Gründungsgenome in anderen Sorten zu untersuchen.

Die wilden Zuckerrohrarten, S. spontaneum sieht eher aus wie ein hohes Gras. Quelle: canva.

Die ersten künstlichen Zuckerrohrhybriden zwischen S. officinarum und S. spontaneum wurden aufgrund von Krankheitsausbrüchen hergestellt, aber die Hybriden hatten keinen oder einen geringen Zuckergehalt.

Der hohe Zuckergehalt wurde durch wiederholte Rückkreuzungen mit wiederhergestellt S. officinarum.

„Die drei Gruppen von SNPs [Single Nucleotide Polymorphisms] wurden auch in allen getesteten modernen Sorten gefunden, die alle von einigen interspezifischen Hybridisierungen abstammen, die von Züchtern vor einem Jahrhundert zwischen einigen wenigen durchgeführt wurden S. officinarum und S. spontaneum und S. barberi Klone. Diesen interspezifischen Hybridisierungen folgten Rückkreuzungen mit S. officinarum gute agronomische Leistung wiederherzustellen“, schrieben Pompidor, D'Hont und Kollegen.

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich die Saccharum-Linie nach ihrer Abweichung von der Miscanthus-Linie in einige Unterlinien (A, B, C und möglicherweise andere) differenzierte, die weitere auto- und/oder allopolyploide Ereignisse durchmachten, die bis heute führen Polyploide höherer Ordnung (>4x).“

Diese Studie hat viele Fragen über die Ursprünge der beantwortet Saccharum Gattung und bewältigte die Herausforderungen der Arbeit mit der Genomik einer sehr komplizierten Pflanzengruppe.
Der Zuckerrohranbau hat eine große Bedeutung negative Auswirkungen auf die Umwelt da sie die durstigste Ernte der Welt sind, aber es ist eine wichtige Bioenergie. Die weltweite Nachfrage nach ihnen steigt weiter an. Wenn Sie das nächste Mal einen Löffel Zucker in Ihr Getränk mischen, denken Sie daran, dass 213 Gallonen Wasser erforderlich sind, um ein Pfund raffinierten Rohrzucker herzustellen!