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16.09.2025 09:45
Weizen: Extremer Zwergwuchs verschlechtert Gluten-Zusammensetzung und Backqualität
Weizen zählt weltweit zu den wichtigsten Grundnahrungsmitteln, insbesondere in Form von Brot. Eine gemeinsame Studie des Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München (LSB) und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) zeigt nun: Extrem zwergwüchsiger Weizen weist eine ungünstigere Gluten-Zusammensetzung auf als halbzwerg-, zwerg- oder hochwüchsiger Weizen und liefert damit Mehle mit schlechteren Backeigenschaften.
Die Einführung sogenannter Zwergwuchs-Gene (Reduced height-Rht-Gene) während der „Grünen Revolution“ in den 1960er-Jahren gilt als Meilenstein der Landwirtschaft. Die Gene sorgen dafür, dass Weizenpflanzen kürzer und hierdurch weniger anfällig für Windbruch sind. Sie können so auch mehr Energie in die Ausbildung der Körner investieren, was die Erträge deutlich gesteigert hat. „Heute tragen mehr als 70 Prozent aller weltweit angebauten Weizensorten mindestens eines dieser Gene in sich“, sagt Co-Autor Andreas Börner, Wissenschaftler aus der Abteilung Genbank am IPK.
Unklarer Einfluss auf Gluten
Bislang war jedoch unklar, ob die Rht-Gene nicht nur die Halmlänge, sondern auch die Gluten-Zusammensetzung im Korn verändern. Weizengluten besteht aus zwei Speicherproteingruppen: den Gliadinen und Gluteninen. Gliadine machen Teige dehnbar und viskos und wirken wie ein Weichmacher. Glutenine verleihen Teigen Elastizität und Festigkeit. Ein ausgewogenes Gliadin-Glutenin-Verhältnis ist dabei für eine gute Backqualität entscheidend. Überwiegen die Gliadine zu sehr, werden die Teige zu weich, das Brotvolumen sinkt und das Backergebnis ist schlecht.
Um den Einfluss der Rht-Gene auf die Gluten-Zusammensetzung zu klären, verglich das Forschungsteam hochwüchsigen Wildtyp-Weizen mit fünf nahezu identischen Varianten in vier Weizenlinien, die sich lediglich in den Rht-Genen unterschieden. Alle Linien wurden über drei Vegetationsperioden am IPK in Gatersleben angebaut, um vergleichbares Probenmaterial zu gewinnen. Die klimatischen Bedingungen der Erntejahre 2021, 2022 und 2023 waren dabei sehr unterschiedlich.
Das Team kam zu folgenden Ergebnissen:
Die in modernen Weizensorten vorkommenden Zwergwuchs-Gene (Rht1, Rht2 sowie ihre Kombination) beeinflussten die Gluten-Zusammensetzung kaum. Gene, die extremen Zwergwuchs verursachen (Rht3 sowie die Kombination Rht2+3), senkten jedoch den Gluteningehalt und verschoben das Gliadin-Glutenin-Verhältnis, mit potentiell negativen Folgen für die Backeigenschaften. Noch deutlicher als die Gene beeinflussten jedoch die Umweltbedingungen die Gluten-Zusammensetzung: So führten warme und feuchte Bedingungen im Jahr 2021 während der Kornfüllungsphase zu einem besonders hohen und ungünstigen Gliadin-Glutenin-Verhältnis.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Einführung von Halbzwerg- und Zwerg-Genen während der Grünen Revolution die Gluten-Zusammensetzung moderner Weizensorten nicht negativ beeinflusst hat“, erklärt Erstautorin und Studienleiterin Sabrina Geißlitz vom LSB. Sie fügt hinzu: „Allerdings sollte man in Zukunft überlegen, ob man bei Neuzüchtungen Gene einbringt, die einen extremen Zwergwuchs verursachen. Solche Gene könnten die Backqualität verschlechtern und auch das immunreaktive Potenzial vergrößern, da beides mit einem hohen Gliadinanteil assoziiert ist.“
„Die Studie macht deutlich, wie komplex die Weizenzüchtung ist“, ergänzt Katharina Scherf, Leiterin der Arbeitsgruppe Food Biopolymer Chemistry am LSB. „Denn wie wir nachweisen konnten, entscheiden nicht nur die Gene, sondern auch die Umweltbedingungen über die Gluten-Zusammensetzung im Weizen. Angesichts des Klimawandels ergeben sich somit weitere Herausforderungen, Züchtungen hinsichtlich ihrer Gluten-Zusammensetzung zu optimieren.“
Publikation: Geisslitz, S., Schierenbeck, M., Börner, A., and Scherf, K.A. (2025). Semi-Dwarfing Reduced Height Genes Hardly Influenced Gluten Protein Composition While Extreme Dwarfing Genes Decreased Glutenins in Wheat. Food Sci Nutr 13, e70649. 10.1002/fsn3.70649.
https://doi.org/10.1002/fsn3.70649
Förderung: Diese Studie wurde von der Alexander von Humboldt-Stiftung (Dr. Matías Schierenbeck) und durch die Grundfinanzierung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung unterstützt. Die Open-Access-Finanzierung wurde durch das Projekt DEAL ermöglicht und organisiert.
Hintergrundinformation:
Die „Grüne Revolution“ bezeichnet die weltweite Einführung moderner Landwirtschaftstechnologien ab den 1960er-Jahren. Neben kurzwüchsigem Weizen trugen Dünger, Pestizide, Bewässerung und Mechanisierung zu einer deutlichen Steigerung der Erträge bei, mit bis heute anhaltenden ökologischen und sozialen Folgen.
Die Kornfüllung ist die letzte Wachstumsphase von Getreidepflanzen, in der sich die befruchteten Fruchtknoten durch die Anreicherung von Stärke und anderen Nährstoffen aus dem Blattwerk der Pflanze zu vollwertigen Körnern entwickeln. Dieser Prozess umfasst den Transfer von Kohlenhydraten und die Anreicherung von Trockenmasse und Wasser, was sich direkt auf das Endgewicht, die Größe und die Qualität der Körner und damit auf den Gesamtertrag der Pflanze auswirkt.
Bei Gliadinen und Gluteninen handelt es sich um zwei unterschiedliche Proteingruppen, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden. Glutenine sind riesengroße Makromoleküle (Polymere), die aus vielen Einzelmolekülen bestehen, die sich zusammengelagert haben. Gluteninpolymere weisen Molekulargewichte von 500.000 bis zu über 10 Millionen auf und gehören zu den größten natürlich vorkommenden Proteinen. Dagegen sind Gliadine Einzelmoleküle (Monomere) mit einem Molekulargewicht zwischen 28.000 und 55.000. Die Forschung am LSB hat nicht nur dazu geführt, die Funktion der Gliadine und Glutenine beim Backen besser zu verstehen. Sie hat auch dazu beigetragen, die Struktur von immunreaktiven Sequenzen der Gliadine aufzuklären, die bei einigen Menschen aufgrund ihrer erblichen Veranlagung Zöliakie hervorrufen.
Zöliakie ist eine chronische Erkrankung des Dünndarms. Eine Glutenunverträglichkeit ist Hauptauslöser der Krankheit, wobei die Erkrankung besonders bei erblich vorbelasteten Personen auftritt. Welche weiteren Co-Faktoren den Ausbruch der Erkrankung stimulieren, ist bislang noch nicht vollständig geklärt.
Kontakte:
Expertinnen- und Experten-Kontakt:
Prof. Dr. Katharina Scherf
Leiterin der Arbeitsgruppe Food Biopolymer Chemistry
Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie
an der Technischen Universität München (LSB)
Lise-Meitner-Str. 34
85354 Freising
Tel.: +49 8161 71-2719
E-Mail: k.scherf.leibniz-lsb@tum.de
Dr. Sabrina Geißlitz
Arbeitsgruppe Food Biopolymer Chemistry am LSB
E-Mail: s.geisslitz.leibniz-lsb@tum.de
Prof. Dr. Andreas Börner
Abteilung Genbank
Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK)
OT Gatersleben, Corrensstraße 3
06466 Seeland
Tel.: +49 394825-229
E-Mail: boerner@ipk-gatersleben.de
Pressekontakt am LSB:
Dr. Gisela Olias
Wissenstransfer, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: +49 8161 71-2980
E-Mail: g.olias.leibniz-lsb@tum.de
https:/www.leibniz-lsb.de
Informationen zum Institut:
Das Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München besitzt ein einzigartiges Forschungsprofil an der Schnittstelle zwischen Lebensmittelchemie & Biologie, Chemosensoren & Technologie sowie Bioinformatik & Maschinellem Lernen. Weit über die bisherige Kerndisziplin der klassischen Lebensmittelchemie hinausgewachsen, leitet das Institut die Entwicklung einer Systembiologie der Lebensmittel ein. Sein Ziel ist es, neue Ansätze für die nachhaltige Produktion ausreichender Mengen an Lebensmitteln zu entwickeln, deren Inhaltsstoff- und Funktionsprofile an den gesundheitlichen und nutritiven Bedürfnissen, aber auch den Präferenzen der Verbraucherinnen und Verbraucher ausgerichtet sind. Hierzu erforscht es die komplexen Netzwerke sensorisch relevanter Lebensmittelinhaltsstoffe entlang der gesamten Wertschöpfungskette mit dem Fokus, deren physiologische Wirkungen systemisch verständlich und langfristig vorhersagbar zu machen.
Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft
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Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Katharina Scherf
Leiterin der Arbeitsgruppe Food Biopolymer Chemistry
Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie
an der Technischen Universität München (LSB)
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Tel.: +49 8161 71-2719
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Dr. Sabrina Geißlitz
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Prof. Dr. Andreas Börner
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Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK)
OT Gatersleben, Corrensstraße 3
06466 Seeland
Tel.: +49 394825-229
E-Mail: boerner@ipk-gatersleben.de
Originalpublikation:
Geisslitz, S., Schierenbeck, M., Börner, A., and Scherf, K.A. (2025). Semi-Dwarfing Reduced Height Genes Hardly Influenced Gluten Protein Composition While Extreme Dwarfing Genes Decreased Glutenins in Wheat. Food Sci Nutr 13, e70649. DOI: 10.1002/fsn3.70649.
https://doi.org/10.1002/fsn3.70649
Weitere Informationen:
https://www.leibniz-lsb.de/presse-oeffentlichkeit/pm-20250729-gerstenproteine-al… Erstmals allergieauslösende Proteine in Gerste exakt gemessen – Neue Grundlage für verträglichere Lebensmittel
https://www.leibniz-lsb.de/presse-oeffentlichkeit/pressemitteilungen/pm-20200811… Freispruch für modernen Weizen?
https://Gluten im Weizen: Was sich nach 120 Jahren Züchtung verändert hat
Bilder
Feldversuch am IPK Gatersleben. Zu sehen sind die Versuchsfelder, auf denen vier Weizenlinien mit Ha …
Quelle: M. Schierenbeck
Copyright: IPK Leibniz-Institut/ M. Schierenbeck
Merkmale dieser Pressemitteilung:
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Biologie, Chemie, Ernährung / Gesundheit / Pflege, Tier / Land / Forst, Wirtschaft
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