Tropisches Grasland, das von Rindern beweidet wird, bietet Millionen von Menschen Nahrung und eine Lebensgrundlage für eine große Anzahl von Bauern und Kleinbauern in Entwicklungsländern. Weiden und Weideland haben einen tiefgreifenden Einfluss auf die Umwelt. Grasland ist die dominierende Vegetation auf einem Großteil der Landflächen der Erde und bedeckt Gebiete von Überschwemmungsgebieten bis hin zu Hochland. Grasland wird von Tieren beweidet, die für die menschliche Ernährung verwendet werden, und ist oft für andere landwirtschaftliche Zwecke ungeeignet, so dass die Tierproduktion auf Grasland trotz der jüngsten Forderung des Weltklimarats, weniger Fleisch zu essen, für die Wirtschaft und die Nahrungsmittelversorgung wichtig bleiben wird die absehbare Zukunft. Darüber hinaus ist die Beweidung oft entscheidend für die Erhaltung von Landschaften und die Maximierung der Biodiversität von Grünland. Grasland erbringt Ökosystemleistungen wie die Stabilisierung des Bodens, die Verhinderung von Erosion sowie die Reinigung und Verlangsamung des Wasserflusses. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass Grünland so produktiv und ökologisch nachhaltig wie möglich ist. Die Landwirtschaft muss effizient sein, um den Landverbrauch zu minimieren und gleichzeitig eine zuverlässige Nahrungsmittelproduktion zu gewährleisten und die Lebensgrundlagen in einem sich ändernden Klima zu erhalten.
Selbst kleine Verbesserungen der Weideleistung durch genetische Verbesserung von Gräsern können sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Vorteile bringen, sei es durch die Auswirkungen der Gräser selbst, einschließlich der Verringerung des Einsatzes von Herbiziden, Pestiziden und Düngemitteln, oder durch Verringerung des Drucks zur Vergrößerung der bewirtschafteten Flächen . Eine bessere Beweidung kann den Bedarf für den Anbau von Feldfrüchten verringern, von denen etwa ein Drittel an Tiere verfüttert wird. Die Verbesserung von Gräsern kann durch die Nutzung der genetischen Biodiversität, das Finden und Zusammenführen von Merkmalen mit ökologischem Nutzen und erhöhter Produktivität erreicht werden. Unser Forschungsprojekt beinhaltet eine Partnerschaft zwischen CIAT (The International Centre for Tropical Agriculture) mit Sitz in Kolumbien und den britischen Institutionen University of Leicester, Rothamsted Research, Earlham Institute und dem Centre for Ecology & Hydrology. Wir verfolgen einen dreigleisigen Ansatz zur Verbesserung tropischer Futtergräser mit Schwerpunkt auf der Panik und Brachiaria (Urochloa) Gattungen: Wir messen die genetische Vielfalt innerhalb der Arten; identifizieren wichtige Merkmale im Zusammenhang mit Umwelt, Produktivität und ländlicher Wirtschaft; und entwickeln verbesserte Ansätze für Züchtung und Selektion, um die besten Eigenschaften zu ermitteln, die die Grassorten für Landwirte verbessern.
Neben Produktivität und Krankheitsresistenz untersuchen wir die Bedeutung und die genetischen Grundlagen einer Reihe von Merkmalen im Zusammenhang mit Umwelt und Nachhaltigkeit. Unsere Arbeit ist von globaler Bedeutung und wird kurzfristig das erstklassige Gräserzuchtprogramm des CIAT unterstützen. Zu den untersuchten Merkmalen gehören genetische Eigenschaften im Zusammenhang mit der Nitrifikation des Bodens, Trockenresistenz, Toleranz gegenüber Staunässe, Allelopathie (wie Pflanzen mit benachbarten Pflanzen durch ihre eigenen chemischen Substanzen konkurrieren) und Insektenresistenz (insbesondere gegen die saftsaugende Schaumzikade). Wir werden auch die Gräsergenetik im Zusammenhang mit Weidetieren untersuchen, wie beispielsweise den Lipidgehalt der Blätter, der die Methanemissionen (Treibhausgas) von Kühen beeinflusst, und Zellwandmodifikationen, die die Verdaulichkeit beeinflussen. Merkmale wie die Produktivität und Verdaulichkeit von Gräsern bestimmen, wie viele Rinder die Weide ernähren kann, und eine gesteigerte Produktion verringert den Druck, artenreiche natürliche Lebensräume wie Wälder in Ackerland umzuwandeln. Unser Projekt wird auch eine Analyse der Gründe liefern, warum Landwirte kein verbessertes Grassaatgut verwenden; diese Analyse wird wichtige Informationen liefern, um die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse optimal zu nutzen und zukünftige Gräserzuchtbemühungen am CIAT zu unterstützen. Dieses Projekt trägt somit zur wirtschaftlichen Entwicklung bei, indem es die Lebensgrundlagen und die Umwelt für Landwirte und die breitere Bevölkerung verbessert.
Das CIAT verfügt über eine der umfassendsten Genbanken tropischer Futtergräser, und diese Keimplasma-Ressourcen sind von zentraler Bedeutung für die Entdeckung neuer und nützlicher Merkmale. Diese Ressourcen stehen der ganzen Welt zur Verfügung. Seit der Nobelpreis-gekrönten Arbeit von Norman Borlaug am Schwesterinstitut des CIAT, CIMMYT (International Maize and Wheat Improvement Center) mit Sitz in Mexiko haben wir die positiven globalen Auswirkungen der genetischen Verbesserung gesehen. In unserem Projekt haben wir die Diversität aller Gene in mehr als 10 % der Keimplasmasammlung gemessen. Diese riesige Datenmenge – weit über 500 Milliarden DNA-Basen – wurde im Januar 2019 veröffentlicht (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/513453Eine weitere Herausforderung besteht darin, herauszufinden, welche Pflanzen sich für die Kreuzung zu Züchtungszwecken eignen. In der nächsten Projektphase werden wir moderne Techniken einsetzen, um die besten Gräser für Züchtungsprogramme zu ermitteln. Wir werden Informationen über die Gräsergene nutzen, um eine Genotypisierungsplattform zu entwickeln, die die Auswahl von Elternpflanzen für die Züchtung verbesserter Sorten beschleunigt. Die Genotypisierungsplattform-Technologie revolutioniert die Pflanzenzüchtung, und unser Projekt wird es uns ermöglichen, Genotypisierungs- und molekularbiologische Züchtungstechnologien auf tropische Futtergräser anzuwenden.
Wie Dr. Ruben Echeverria, Generaldirektor von CIAT, schrieb: „Viehhaltung liefert einen Großteil des Proteins, das für eine ausgewogene Ernährung der Weltbevölkerung benötigt wird, und ist ein wichtiger Teil der Wirtschaft in ländlichen Gebieten. Gleichzeitig ist sie meist mit Umweltproblemen wie Entwaldung und hohen Emissionen von Treibhausgasen verbunden. Wir glauben, dass eine nachhaltige Intensivierung der Tierproduktion die Umweltauswirkungen verringern und gleichzeitig den Anforderungen einer wachsenden Weltbevölkerung an proteinhaltiger Nahrung gerecht werden wird.“ Professor Alison Goodall, Leiterin der Abteilung für Genetik und Genombiologie an der Universität Leicester, Vereinigtes Königreich, fügt hinzu: „Die vorgeschlagene Forschung ist stark an den Hauptthemen Ernährungssicherheit und Forschung ausgerichtet, die die wirtschaftliche Entwicklung von Entwicklungsländern unterstützt und Lösungen für globale Herausforderungen hervorbringt durch erstklassige Forschungs- und Impact-Aktivitäten.“
Die Züchtung besserer Pflanzen ist ein langfristiges Unterfangen, und CIAT verfügt bereits über Zuchtpipelines für tropische Futtergräser. Unser Projekt soll die Züchtung ergänzen und beschleunigen, indem es eine breite Biodiversität und die neuesten kosteneffizienten genomischen Technologien nutzt, was über Verbesserungen bei Futtergräsern zu einer erhöhten Ernährungssicherheit, einer Verringerung der ländlichen Armut und einer effizienten, nachhaltigen Nutzung von Land als Weide führt.
Danksagungen
Diese Forschung wird vom UK Biotechnology and Biological Sciences Research Council durch den RCUK-CIAT Newton-Caldas Fund Sustainable Tropical Agricultural Systems Program Pump-Priming Award „Exploiting Biodiversity in Brachiaria/Panicum Tropical Forage Grases Using Genetics to Improve Livelihoods and Sustainability“ BB finanziert /R022828/1.
Das Projekt ist eine Zusammenarbeit zwischen den Co-PIs Dr. Rowan Mitchell (Rothamsted Research), Dr. Jill Thompson (Centre for Ecology & Hydrology CEH), Dr. Jose de Vega (Earlham Institute) und Pat Heslop-Harrison (University of Leicester) mit besonderen Beiträgen auf die Forschung von Dr. Paulina Tomazewska (Leicester) und Dr. Till Pellny (Rothamsted). Die an der Forschung beteiligten Partner von CIAT sind Dr. Michael Peters, Dr. Valheria Castiblanco, Dr. Jacobo Arango, Dr. Stefan Burkart, Dr. Lou Verchot, Dr. Joe Tohme und Dr. Juan Andres Cardoso.
