Bei Populationen mit starker Inzucht werden die Nachkommen immer schwächer und krankheitsanfälliger. Kreuzt man jedoch zwei von starker Inzucht gebeutelte Individuen, so zeigen deren Nachkommen eine besonders hohe Leistungsfähigkeit. Dieser Effekt heißt Heterosis. Auf ihm basiert der Erfolg von Hybriden.
Inzucht kommt im Pflanzen- wie im Tierreich vor. Einige wenige Pflanzenarten sind sogar auf Selbstbestäubung spezialisiert (z.B. Gerste). Bei den meisten aber kommt es zur Inzuchtdepression: die Pflanzen werden krankheitsanfälliger, unfruchtbar oder zeigen geringere Erträge. Es kann jedoch auch sein, dass zwei geschwächte Inzuchtlinien besonders leistungsstarke und widerstandsfähige Nachkommen hervorbringen. Was könnte der Grund dafür sein?
Der Heterosis-Effekt ist bisher nicht endgültig verstanden. Eine Erklärung lautet ungefähr so: Durch Inzucht wird die Reinerbigkeit erhöht. Positive wie negative Merkmale manifestieren sich in doppelter Ausführung im Genom. Oftmals sind die Allele dominant, die für eine positive Eigenschaft kodieren. Sie setzen sich dann gegenüber den rezessiven Allelen (für negative Eigenschaften) durch. Folglich werden bei der Kreuzung von zwei Inzuchtlinien, die aus verschiedenen Genpools stammen und demzufolge eine unterschiedliche genetische Ausstattung mitbringen, fast alle negativen Merkmale von positiven überdeckt.
Kreuzt man zwei Pflanzen zwei miteinander, so können die Nachkommen ihren Eltern überlegen sein. Diesen Effekt nennt man Heterosis. Allerdings kann auch das Gegenteil eintreffen. Jan Lisec vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie erklärt, wie es zur Heterosis kommt und welche neuen Ansätze die Pflanzenforschung einsetzt, um Eltern zu finden, deren Kombination den höchsten Heterosis-Effekt aufweisen.
Schwache Eltern – starke Kinder?
Dieser Effekt wird Heterosis genannt und ist umso stärker ausgeprägt, je mehr sich die reinerbigen Elternteile hinsichtlich der Verteilung der dominanten und rezessiven Allele komplementär unterscheiden. Bei Roggen und Mais kann durch Heterosis eine Ertragssteigerung von bis zu 50 Prozent erzielt werden.
Kreuzen die reinerbigen Nachkommen der F1-Generation erneut miteinander, so kommt es gemäß der 2. Mendel‘schen Regel in der nächsten Generation zu einer Aufspaltung der Merkmale. Einige Pflanzen zeigen wieder Inzuchtdepression und niedrigere Erträge. Man sagt auch: F1-Hybride sind nicht samenecht.
Das Gegenteil von Heterosis ist der Hybrid-Nekrose-Effekt. Er tritt auf, wenn eine Unverträglichkeit zwischen mütterlichen und väterlichen Genen vorliegt. Solche Hybridpflanzen zeigen einen kümmerlichen Wuchs und schlechtere Eigenschaften als ihre Eltern. Die genauen Ursachen sind noch nicht bekannt und Gegenstand aktueller Forschung.
Ganz praktisch – Wie erzeugt man F1-Hybride?
Um F1-Saatgut herzustellen, muss man zwei reinerbige, genetisch möglichst unterschiedliche Linien miteinander kreuzen. Die Selbstbefruchtung der Pflanzen muss dabei vermieden werden.
Am einfachsten lässt Selbstbefruchtung sich verhindern, wenn eine der beiden Elternlinien keinen Pollen mehr produzieren kann. Solche cytoplasmatisch männlich sterilen (CMS) Pflanzen stellen die Mutterpflanzen dar, die jetzt vom Pollen der anderen Elternlinie befruchtet werden. Am Ende werden nur die Samen der Mutterpflanzen geerntet, da bei den Vaterpflanzen auch eine unerwünschte Selbstbefruchtung mit dem eigenen Pollen aufgetreten sein könnte.
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