Wie trotzen Lebewesen Schädlingen? Wie gelingt es ihnen, an den unwirtlichsten Orten zu gedeihen? Wie stellen sie Stoffe her und regulieren ihre Produktion? Im Gegensatz zu vielen chemischen Reaktionen, die von Menschen ersonnen wurden, können Organismen bereits bei niedrigen Temperaturen Verbindungen auf- oder abbauen. Zudem münden alle Stoffe in der Natur in einen Kreislauf, es gibt keine Abfälle.

Mithilfe des Wissens über biologische Prinzipien und Verfahren können wir neue Wege gehen, um die Herausforderungen der Zukunft zu bewältigen. Im Jahr 2023 könnte die Zahl der Menschen auf der Erde acht Milliarden überschreiten. Wie können gesunde Nahrungsmittel in ausreichender Menge entstehen und wie wirtschaften wir dabei nachhaltig und klimaneutral? Biologische Prozesse können dazu beitragen, neuartige und maßgeschneiderte Stoffe für Industrie und Verbraucher herzustellen.

Mit der Bioökonomiestrategie verfolgt das Bundesforschungsministerium das Ziel, biologisches Wissen zu erweitern, um nachhaltiger Innovationen zu entwickeln.

Moderne Pflanzen braucht die Welt

Um alle Menschen mit gesunder Nahrung zu versorgen, bedarf es höherer Erträge, insbesondere durch neue, robuste Pflanzensorten. Sie sollen widerstandsfähig gegen Schädlinge sein, weniger Dünger benötigen oder großer Hitze aber auch Überschwemmungen trotzen. Gleichzeitig gilt es, die Artenvielfalt zu erhalten. Auch Verbraucher und Industrie profitieren von neuen Pflanzenzüchtungen – mit ihrer Hilfe können maßgeschneiderte biobasierte High-Tech-Produkte auf den Markt kommen.

Mit der Maßnahme „Epigenetik – Chancen für die Pflanzenforschung“ fördert das Bundesforschungsministerium wissenschaftliches Neuland. Forschende sollen das Wissen über die epigenetische Prägung vertiefen, in der Hoffnung dieses eines Tages für die Zucht neuer Pflanzensorten nutzen zu können. Epigenetische Merkmale sind zwar vererbbar, ändern aber nicht die DNA-Sequenz. Dadurch entstehen keine gentechnisch veränderten Pflanzen. Mit diesen umkehrbaren Veränderungen der DNA könnte man in Zukunft die Aktivität von Zielgenen steuern, etwa bei der Samenentwicklung oder des Blütezeitpunkts und somit etwa die Menge an Biomasse steigern.

Pflanzenzüchtungsforschung für die Bioökonomie

Eine gesteigerte Produktivität in der Agrarwirtschaft ist ein entscheidender Faktor für eine wachsende Weltbevölkerung. Die Förderinitiative „Pflanzenzüchtungsforschung für die Bioökonomie“ dient der nachhaltigen Ernährungssicherung und der Bereitstellung hochwertiger Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen. Unter besonderer Beachtung von Biodiversität, Umwelt- und Klimaschutz stehen in interdisziplinären Forschungsvorhaben richtungsweisende Innovationen im Fokus. Untersucht wird etwa, wie eine Pflanzenart als einheimische Quelle von hochwertigem Protein für die menschliche Ernährung dienen kann oder wie eine vorhersagbare (prädiktive) Züchtungsforschung realisiert wird, um sichere Vorhersagen über das Ergebnis von Pflanzenkreuzungen zu ermöglichen. Die Entwicklung einer „grünen“ Bioinformatik fungiert zudem als Werkzeug, um Forschungsergebnisse an Nutzpflanzen schneller und effizienter anzuwenden.

In der Wurzel steckt die Kraft

Die Bioökonomieforschung nimmt auch die im Boden verborgenen Lebensgemeinschaften in den Blick und untersucht, wie sich Fruchtbarkeit und Belastbarkeit von Ackerböden verbessern lässt. Forschende untersuchen die komplexen Vorgänge in der sogenannten Rhizosphäre, dem unmittelbaren Bereich des Bodens um eine Pflanzenwurzel. Als Hotspot biologischer Aktivität und der Stoffumsätze ist sie für das Pflanzenwachstum von entscheidender Bedeutung. Die Fördermaßnahme Rhizo4Bio widmet sich der Aufklärung der Dreierbeziehung zwischen Wurzeln, Organismen und Boden und ihrer Bedeutung für die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen, der Kohlenstoff-Speicherung sowie der Pflanzengesundheit. Ziel ist es, das biologische Wissen um die Rhizosphäre zu vertiefen, um neue Ansätze für eine nachhaltigere Landwirtschaft zu entwickeln.
Dabei untersucht etwa der Forschungsverbund „RhizoTraits“, ob alte Nutzpflanzen Informationen über Merkmale der Rhizosphäre liefern, die eine Schlüsselrolle bei der Bewältigung von Umweltstress wie etwa Dürren spielen.

Europäische Kooperationen

In der Bodenforschung arbeiten europäische Wissenschaftler auch über Grenzen hinweg, so etwa in dem European Joint Programme on Soil. Gleiches gilt für die ebenfalls vom Bundesforschungsministerium geförderte „European Research Area-NET Cofund Initiative Sustainable Crop Production“ (Cofund SusCrop) zur Förderung transnationaler Verbundvorhaben. Diese Vorhaben sollen dazu beitragen, Nachhaltigkeit und Belastbarkeit der europäischen Nutzpflanzen- und Agrarproduktion zu steigern.

Zusammen mit dem Bundeslandwirtschaftsministerium engagiert sich das Bundesforschungsministerium zudem in der europäischen „Initiative on ICT-enabled Agri-Food Systems“. Dabei steht die Informations- und Kommunikationstechnik im Fokus. Mit neuen digitalen Technologien sollen Landwirtschaft und Lebensmittelproduktion nachhaltiger und widerstandsfähiger gemacht werden.