Weichweizen

Ein vertrauter Name umfasst mehr als eine Ährenform

Triticum aestivum ist ein aufrechtes Süßgras mit gegliederten Halmen und schmalen, paralleladrigen Blättern. Am Ende eines fruchtbaren Halms sitzt eine Ähre. Ihre kleinen Ährchen stehen dicht an einer gemeinsamen Achse. Damit unterscheidet sie sich schon im Bau von der locker verzweigten Rispe des Reises. Je nach Sorte können aus den Spelzen lange Grannen ragen oder fast vollständig fehlen.

Unter dem deutschen Namen Weich- oder Brotweizen stehen meist die freidreschenden Formen im Vordergrund: Beim Dreschen lösen sich die Körner verhältnismäßig leicht aus den umgebenden Spelzen. Der taxonomische Artumfang ist weiter. Kew führt auch Dinkel als Triticum aestivum subsp. spelta innerhalb derselben Art. Eine fest bespelzte Dinkelähre und eine moderne Brotweizenähre können deshalb verschieden aussehen, ohne in diesem System verschiedene Arten zu sein.

Kew akzeptiert Triticum aestivum als Art ohne Hybridzeichen. Das sagt nichts gegen seine Entstehung durch Kreuzung und Vervielfachung von Chromosomensätzen. Nomenklatorischer Status und rekonstruierte Evolutionsgeschichte beantworten unterschiedliche Fragen.

Drei Abstammungslinien stecken in sechs Chromosomensätzen

Die meisten Körperzellen des Brotweizens besitzen 42 Chromosomen. Die Chromosomengrundzahl seiner Verwandtschaft beträgt sieben; sechs solcher Sätze sind vorhanden. Dafür steht die Bezeichnung hexaploid. Weil die Ausstattung aus verschiedenen Abstammungslinien zusammenkam, heißt sie genauer allohexaploid. Die Kurzform AABBDD hält fest, dass von drei verwandten Teilgenomen jeweils zwei Ausführungen vorliegen.

Diese Ausstattung entstand in mehreren Schritten. Zunächst verbanden sich die Vorläufer des A- und des B-Genoms in einem tetraploiden Weizen. Das A-Genom wird auf die Linie von Triticum urartu zurückgeführt; der genaue diploide Vorläufer des B-Genoms ist weniger sicher und wird mit Verwandten von Aegilops speltoides in Beziehung gebracht. Später kam durch eine weitere Kreuzung mit Aegilops tauschii das D-Genom hinzu.

Eine Genomstudie von 2024 untersuchte 46 Genome dieses D-Genom-Verwandten. Sie fand Beiträge verschiedener geografischer Gruppen im heutigen Brotweizen. Seine Geschichte lässt sich damit nicht vollständig als einmalige Kreuzung zweier unveränderter Eltern beschreiben. Nach der Entstehung setzten sich Genfluss und Auswahl fort.

Ähnliche Chromosomen brauchen die richtigen Partner

Bei der Bildung von Pollen und Eizellen muss die Ausstattung wieder geordnet aufgeteilt werden. In der Meiose verbinden sich normalerweise die entsprechenden mütterlichen und väterlichen Chromosomen und können Abschnitte austauschen. Beim Weizen liegen zusätzlich ähnliche Gegenstücke aus den anderen Teilgenomen bereit. Ein Chromosom des A-Genoms darf daher nicht beliebig so behandelt werden, als wäre jedes verwandte B- oder D-Chromosom sein gleichwertiger Partner.

An dieser Ordnung ist das Gen TaZIP4-B2 im Bereich des bekannten Ph1-Locus beteiligt. Es fördert die Paarung der eigentlichen homologen Partner und beeinflusst den Austausch zwischen den nur verwandten Chromosomen. Versuche mit unterschiedlichen Mutationen zeigen, dass diese Aufgaben trennbar sind. Eine 2021 untersuchte Teilfunktionsmutante erlaubte mehr Austausch zwischen verwandten Chromosomen, behielt aber weitgehend geordnete Meiose und normalen Kornansatz. Ein stärkerer Funktionsverlust führte dagegen zu deutlich mehr Störungen.

Das Gen wirkt somit in einem Entwicklungsnetzwerk; es ist kein einzelner Schalter für eine abstrakte „sechsfache Stärke“. Entscheidend ist, wie die vorhandenen Chromosomen bei jeder neuen geschlechtlichen Generation zusammenfinden und verteilt werden.

In jedem Ährchen beginnen mehrere mögliche Körner

Die auffällige Ähre besteht aus vielen kleinen Blüteneinheiten. Spelzen umgeben die Blüten, deren Staubbeutel Pollen bilden und deren Narben ihn aufnehmen können. Brotweizen ist überwiegend selbstbestäubend. Die unscheinbare Blüte braucht daher keinen großen farbigen Schauapparat, um jedes Korn durch einen tierischen Besucher anlegen zu lassen. Fremdbestäubung kann trotzdem vorkommen.

Nach der Befruchtung entwickelt sich aus dem Fruchtknoten eine einsamige trockene Frucht, die Karyopse. Fruchtwand und Samenschale liegen eng zusammen. Das, was beim Säen als Korn behandelt wird, umfasst also mehr als den Samen allein. Seine äußeren Gewebe, der Embryo und das Endosperm haben unterschiedliche Herkunft und Aufgaben.

Der Mehlkörper ist ein versorgtes Entwicklungsgewebe

Bei der doppelten Befruchtung entsteht neben dem Embryo ein eigenes Nährgewebe, das Endosperm. Es erhält zwei mütterliche und einen väterlichen Kernbeitrag. Diese Zählung der Beiträge bei der Befruchtung ist etwas anderes als die Aufteilung der Weizenabstammung in A-, B- und D-Genome.

Zunächst teilen sich im jungen Endosperm Kerne, bevor ein vollständig in Zellen gegliedertes Gewebe entsteht. Später lagern diese Zellen vor allem Stärke und Speicherproteine ein. Ein großer Teil des hellen Mehls stammt aus diesem stärkehaltigen Endosperm. Der seitlich liegende Embryo bleibt dagegen der kleine Pflanzenkörper, aus dem beim Keimen Wurzel und Spross hervorgehen.

Das Korn füllt sich nicht unabhängig vom übrigen Halm. Stoffe aus den photosynthetisch aktiven Pflanzenteilen gelangen zum wachsenden Speicher. Ein Vergleich der Endospermproteine verschiedener Entwicklungsstadien zeigte 2005, wie sich die Schwerpunkte zwischen Stoffwechsel, Proteinsynthese und Speicherung verschieben. Ein reifes Korn ist das Ergebnis dieser zeitlich geordneten Versorgung, keine schon bei der Bestäubung fertige Mehlportion.

Warum ein Pflanzenspeicher später einen Teig bildet

Die als Glutenproteine zusammengefassten Gliadine und Glutenine sind zunächst Reservestoffe des Korns. Für den Keimling liefern gespeicherte Proteine Bausteine; für die Verarbeitung werden ihre physikalischen Eigenschaften wichtig. Wird Mehl mit Wasser vermischt und bearbeitet, können sie ein zusammenhängendes Netzwerk bilden. Dieses trägt dazu bei, dass ein Weizenteig zugleich dehnbar und elastisch ist.

Tosi und Kollegen machten 2011 mit Antikörpern sichtbar, dass verschiedene Glutenproteine nicht gleichmäßig im Endosperm verteilt sind. Das scheinbar einheitliche weiße Speichergewebe besitzt eine innere räumliche Organisation. Sorte, Proteinzusammensetzung und Verarbeitung beeinflussen deshalb das Verhalten des Mehls.

Kew beschreibt die Art als Kulturpflanze mit Ursprung in einem Raum von Transkaukasien über Israel und den nordwestlichen Iran bis zu Teilen Pakistans und Indiens. Ihr heutiger weltweiter Anbau ist ein anderer geografischer Sachverhalt. Auf den Feldern wird eine Pflanze vermehrt, deren Geschichte von Genomverbindungen geprägt ist und deren Körner jedes Jahr durch geordnete Fortpflanzung und gespeicherte Assimilate neu entstehen.