Forscher entdecken verborgene genetische Vielfalt bei den alten Olivenbäumen Süditaliens

Ein Forscherteam stellte bei alten und monumentalen Olivenbäumen, die in Kalabrien und der Basilikata in Süditalien untersucht wurden, eine größere genetische Vielfalt fest als erwartet.

Die in „Frontiers in Plant Science“ veröffentlichte Studie analysierte 347 Olivenbäume aus den beiden Regionen, darunter 172 monumentale Exemplare, von denen einige seit Jahrhunderten bestehen.

„Wir verfügen über ein außergewöhnliches Potenzial, doch ein Großteil davon ist noch unerforscht.“ – Thomas Vatrano, Agrarwissenschaftler und Mitautor der Studie

Die Forscher identifizierten 114 unterschiedliche genetische Profile, die mit keiner Sorte in den von ihnen verwendeten Referenzdatenbanken übereinstimmten, und deckten damit ein bisher undokumentiertes Reservoir an biologischer Vielfalt bei Olivenbäumen auf.

Angesichts des hohen Anteils bisher unbekannter genetischer Profile, die bereits bei dieser begrenzten Untersuchung gefunden wurden, gehen die Forscher davon aus, dass eine umfassendere Probenahme eine noch größere Vielfalt offenbaren könnte.

„Wir hatten zwar mit einer reichen Artenvielfalt gerechnet, aber nicht in diesem Ausmaß. Das ist beeindruckend und äußerst interessant – es handelt sich um ein genetisches Potenzial, das auch Lösungen für einige der Herausforderungen bereithalten könnte, denen sich der Olivenanbau heute gegenübersieht“, erklärte Thomas Vatrano, Agrarwissenschaftler und Mitautor der Studie, gegenüber der Olive Oil Times.

Vatrano, der seit etwa 15 Jahren die weitgehend unerforschte biologische Vielfalt der Olivenbäume in Kalabrien untersucht, sagte, dass Klimawandel, Herausforderungen bei der Produktivität und neu auftretende Krankheitserreger die Identifizierung und Erforschung dieses genetischen Erbes zunehmend dringlich gemacht hätten.

„Ich bin fest davon überzeugt, dass uns die Artenvielfalt retten kann“, sagte Vatrano. „Seit dem Auftreten von Xylella in Kalabrien bin ich davon noch überzeugter. Bei all der Artenvielfalt, die wir hier haben, glaube ich, dass es irgendwo Material geben muss, das Resistenz oder andere nützliche Eigenschaften aufweist.“

Die Wissenschaftler nutzten verschiedene molekulare Marker, um die genetischen Profile der Bäume zu identifizieren, ihre mütterlichen Abstammungslinien zurückzuverfolgen und ihre Fortpflanzungskompatibilität zu bestimmen.

Durch den Vergleich der genetischen Zusammensetzung von Kronen und Unterlagen deckten sie zudem Hinweise auf jahrhundertealte Veredelungs- und Selektionspraktiken auf.

„Im Rahmen des Projekts bin ich durch ganz Kalabrien gereist, vom Norden bis in den tiefsten Süden, und ich würde sagen, ich habe vielleicht 30 Prozent dessen gesammelt, was es dort geben könnte“, sagte Vatrano. „Man kann sich also vorstellen, was noch zu entdecken sein dürfte.“

Mit Blick auf die neu identifizierten genetischen Profile betonte Vatrano, dass ein nicht identifizierter Genotyp nicht automatisch als neue Sorte beschrieben werden sollte.

„Wenn wir sagen, dass ein Genotyp nicht katalogisiert oder bisher nicht identifiziert ist, bedeutet das, dass sein genetisches Profil nicht mit den internationalen Referenzdatenbanken übereinstimmt“, erklärte er. „Es kann sich um ein neues Exemplar handeln, um eine Oleaster (Wildolive) oder um eine Pflanze, die im Laufe der Zeit für eine lokale Bevölkerung an Bedeutung gewonnen hat und die die Menschen möglicherweise zur Herstellung von Olivenöl genutzt haben, ohne deren Herkunft zu kennen.“

Die genetische Analyse lieferte zudem neue Erkenntnisse zur Geschichte des Olivenanbaus in der Region.

Vatrano verwies auf Material, das in Santa Sofia d’Epiro gesammelt wurde, einer Arbëreshë-Gemeinde im Raum Cosenza in Kalabrien, wo die lokale Bevölkerung seit Generationen Oliven anbaut.

„Wer weiß, ob eine dieser Pflanzen nicht vielleicht schon vor Jahrhunderten von Arbëreshë-Gemeinschaften dorthin gebracht wurde“, sagte er und bezog sich dabei auf die Migration von Bevölkerungsgruppen vom Balkan nach Süditalien im 14. und 15. Jahrhundert. „Es gibt Pflanzen, die die Einheimischen noch immer zur Herstellung von Olivenöl nutzen, deren Herkunft wir jedoch schlichtweg nicht kennen.“

Die Studie lieferte zudem genetische Belege, die mit historischen Veredelungspraktiken übereinstimmen, und zeigte, dass die verborgene Vielfalt nicht auf die sichtbaren, ertragreichen Teile der Bäume beschränkt ist.

Die Forscher identifizierten 34 Fälle, in denen die Krone und der Wurzelstock unterschiedliche genetische Profile aufwiesen. Außerdem fanden sie 35 nicht katalogisierte Genotypen ausschließlich in den Wurzelstöcken, was darauf hindeutet, dass alte Olivenbäume genetisches Material bewahren könnten, das in den darüber wachsenden Sorten nicht mehr vertreten ist.

Die Forscher verfolgten die mütterlichen genetischen Abstammungslinien der Bäume zurück, indem sie die DNA in den Chloroplasten analysierten – zelluläre Strukturen, deren genetisches Material zur Verfolgung der mütterlichen Vererbung genutzt werden kann. So konnten sie zwischen zwei Hauptlinien unterscheiden, die als E1 und E2 bekannt sind.

Die kultivierten Kronen gehörten überwiegend zur Linie E1, die mit dem östlichen Mittelmeerraum in Verbindung gebracht wird und unter kultivierten Olivenbäumen weit verbreitet ist. Viele Unterlagsreben bewahrten jedoch die Linie E2, die mit einheimischen Olivenpopulationen des zentral-westlichen Mittelmeerraums assoziiert wird.

Den Forschern zufolge steht diese Trennung im Einklang mit der jahrhundertelangen Praxis der Landwirte, ausgewählte Kulturvarietäten auf lokale Wildolivbäume zu veredeln, die bereits an die örtlichen Bedingungen angepasst waren.

Zu den ungewöhnlichsten Funden gehörten drei kalabrische Bäume, die Anzeichen für eine mögliche Polyploidie aufwiesen.

Olivenbäume sind normalerweise diploid, was bedeutet, dass ihre Zellen zwei Chromosomensätze tragen, von denen jeweils einer von jedem Elternteil vererbt wurde. Eine polyploide Pflanze hingegen trägt zusätzliche Chromosomensätze.

Die Forscher bezeichneten den Befund vorsichtig als „mutmaßliche Polyploidie“, da sie die Chromosomen der Bäume nicht direkt gezählt hatten.

Stattdessen ergab sich der Hinweis aus ihren genetischen Profilen. Während eine diploide Pflanze normalerweise an jedem Marker nicht mehr als zwei Allele – also unterschiedliche Varianten desselben DNA-Abschnitts – aufweisen würde, zeigten die drei Bäume bei acht der zehn untersuchten Marker mehr als zwei.

Um Laborfehler auszuschließen, extrahierten die Forscher die DNA dreimal und führten die Amplifikation sowie die genetische Analyse jeweils doppelt durch, wobei sie durchweg das gleiche Muster erhielten.

Sie stellten außerdem fest, dass die Kronen und die Wurzelstöcke identische genetische Profile aufwiesen, was darauf hindeutet, dass die Bäume auf ihren eigenen Wurzeln wuchsen und nicht auf genetisch unterschiedliche Wurzelstöcke gepfropft waren.

Sollte sich dieser Befund bestätigen, wäre dies ungewöhnlich, da die Kulturolive allgemein als diploide Art gilt, während nachgewiesene Fälle von Polyploidie bisher hauptsächlich bei anderen, geografisch isolierten Olivenunterarten berichtet wurden.

Die Forscher ermittelten zudem die reproduktive Kompatibilitätsgruppe der untersuchten Bäume.

Olivenbäume verfügen über einen Fortpflanzungsmechanismus, der als diallelische Selbstinkompatibilität bekannt ist und sie in zwei Kompatibilitätsgruppen unterteilt: G1 und G2. Bäume derselben Gruppe sind reproduktiv inkompatibel: Pollen eines G1-Baums können normalerweise keinen anderen G1-Baum befruchten, ebenso wie ein G2-Baum normalerweise keinen anderen G2-Baum befruchten kann. Eine erfolgreiche Befruchtung findet stattdessen zwischen Bäumen statt, die zu entgegengesetzten Gruppen gehören.

Mithilfe eines genetischen Markers stellten die Forscher einen deutlichen Unterschied zwischen den beiden Regionen fest. In der Basilikata war G1 stark dominant: 185 Bäume wurden der Gruppe G1 zugeordnet, 64 der Gruppe G2. In Kalabrien kehrte sich das Muster um: 62 Bäume gehörten zur Gruppe G2 und 36 zur Gruppe G1.

Die Erkenntnis hat praktische Auswirkungen, die über das Verständnis der Entwicklung lokaler Olivenpopulationen hinausgehen.

Die Kenntnis der reproduktiven Kompatibilitätsgruppe einer Olivensorte kann Landwirten helfen, sicherzustellen, dass geeignete Bestäuber in einem Obstgarten vorhanden sind, und das Risiko eines schlechten Fruchtansatzes verringern. Dieselben Informationen können Forschern dabei helfen, bei der Entwicklung neuer Sorten im Rahmen von Züchtungsprogrammen kompatible Elternpflanzen auszuwählen.

Die umfassendere genetische Analyse zeigte zudem, dass die süditalienischen Olivenpopulationen keineswegs isoliert waren. Das lokale Material wies genetische Verwandtschaften mit anderen mediterranen Populationen auf, insbesondere mit denen aus Griechenland und Algerien – ein Muster, das mit einer langen Geschichte der Verbreitung und des Austauschs von Pflanzenmaterial im gesamten Mittelmeerraum übereinstimmt.

„Es gibt enorm viel zu erforschen“, sagte Vatrano. „Wir haben uralte Wildoliven, Unterlagsreben im Zusammenhang mit griechischen Sorten sowie Material gefunden, das mit dem östlichen Mittelmeerraum in Verbindung steht. All dies hilft dabei, den langen Prozess der Oliven-Domestizierung und die Verbreitung von Pflanzenmaterial von Ost nach West zu rekonstruieren.“

Für Vatrano geht die Erforschung dieser Vielfalt über die Rekonstruktion der Agrargeschichte hinaus.

„Der Klimawandel bedroht nicht unbedingt das Überleben des Olivenbaums als Art“, sagte Vatrano. „Die Pflanze mag extreme Dürre überstehen, aber sie kann ihre Früchte abwerfen, und dann haben wir keine Ernte mehr. Was wir schützen müssen, ist die landwirtschaftliche Produktion.“

„Wir verfügen über ein außergewöhnliches Potenzial, doch ein Großteil davon ist noch unerforscht“, fügte er hinzu. „Möglicherweise gibt es Sorten, die besser für hochdichte Anbausysteme geeignet sind, Sorten mit nützlichen Wuchsformen oder Material, das zur Entwicklung klonaler Unterlagsreben genutzt werden könnte. Wir verfügen über eine große Artenvielfalt, wissen aber noch viel zu wenig darüber.“

Der nächste Schritt, so Vatrano, sollte darin bestehen, das in der Erhebung identifizierte Material zu erhalten und zu bewerten, anstatt die Arbeit mit der genetischen Charakterisierung enden zu lassen.

„Wir sollten eine Feldsammlung von Keimplasma anlegen, diese Pflanzen vermehren und mit der Arbeit daran beginnen“, sagte er. „Es gibt Pflanzen, die in Meeresnähe wachsen und offenbar extremen Salzstress vertragen, uralte Wildoliven, die als zwergwüchsige Unterlagen Potenzial haben könnten, und anderes Material, das es verdient, untersucht zu werden. Die Arbeit sollte hier nicht enden.“

Vatrano äußerte seine Besorgnis darüber, dass ein Teil des in der Forschung identifizierten genetischen Materials verschwinden könnte, bevor sein agronomischer Wert richtig verstanden wird.

„Das ist meine Befürchtung“, sagte er. „Wir haben all dieses Material identifiziert, aber nun muss es erhalten und untersucht werden. Es gibt noch so viel zu tun.“