Je nach Sorte können höhere Kohlenstoffdioxid-(CO₂)-Konzentrationen in der Atmosphäre die Proteinzusammensetzung von Weizen deutlich verändern. Dies wirkt sich nicht nur auf die Backqualität aus, sondern möglicherweise auch auf die Verträglichkeit von Weizenprodukten. Zu diesem Ergebnis kommt eine neue Studie unter Federführung des Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München. Laut Studie sollte die Anpassung von Kulturpflanzen an den Klimawandel künftig nicht nur auf hohe Erträge ausgerichtet sein, sondern auch auf Qualitätsmerkmale wie die Proteinzusammensetzung.
Im Zuge des Klimawandels ist die globale CO₂-Konzentration in der Atmosphäre von rund 340 ppm im Jahr 1980 auf etwa 425 ppm im Jahr 2024 gestiegen. Abhängig von der künftigen sozioökonomischen Entwicklung könnte sie bis 2050 auf rund 600 ppm ansteigen. Auch Weizen, eines der weltweit wichtigsten Grundnahrungsmittel, wird künftig unter deutlich höheren CO₂-Konzentrationen wachsen.
Bislang gibt es nur wenige Feldversuche
Bislang haben jedoch nur wenige Feldversuche untersucht, wie sich erhöhte CO₂-Konzentrationen auf die Proteinzusammensetzung von Weizen auswirken. Um diese Wissenslücke zu schließen, kultivierten die interdisziplinär arbeitenden Forschenden zehn Winterweizensorten unter realitätsnahen Anbau- und Umweltbedingungen. Einen Teil der Pflanzen setzten sie einer erhöhten CO₂-Konzentration (eCO₂, 546 ppm) aus. Der andere Teil wuchs unter heutigen CO₂-Bedingungen.
Nach der Ernte analysierten die Forschenden die Zusammensetzung der Weizenproteine in den verschiedenen Kornproben mithilfe einer hochauflösenden massenspektrometrischen Methode, die sie selbst entwickelt hatten. Dabei konzentrierten sie sich auf Proteine wie Amylase/Trypsin-Inhibitoren, Puroindoline und Glutenproteine sowie Zöliakie-aktive Peptide.
Veränderte Proteinzusammensetzung mit Folgen
Generell stieg der Gehalt an Amylase/Trypsin-Inhibitoren unter erhöhten CO₂-Bedingungen an. Die Konzentrationen von Puroindolinen, Glutenproteinen sowie von bestimmten, potenziell während der Verdauung aus Glutenproteinen entstehenden Zöliakie-aktiven Peptiden nahmen hingegen ab. „Wie stark diese Veränderungen ausfielen, hing jedoch maßgeblich von der jeweiligen Weizensorte ab“, sagt Sabrina Geißlitz, Studienleiterin und wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Arbeitsgruppe von Katharina Scherf am Leibniz-Institut. „Unsere Ergebnisse zeigten zudem, dass die verringerte Konzentration an Glutenproteinen mit einer schlechteren Backqualität einherging“, so die Wissenschaftlerin weiter.
Katharina Scherf, Leiterin der Arbeitsgruppe Food Biopolymer Chemistry am Leibniz-Institut und Professorin für Food Biopolymer Systems an der TUM School of Life Sciences, ergänzt: „Die beobachteten Veränderungen bei den Amylase/Trypsin-Inhibitoren und bestimmten Zöliakie-aktiven Peptiden könnten langfristig auch für weizenbedingte Erkrankungen relevant sein. Welche biologische und immunologische Relevanz diese Unterschiede tatsächlich besitzen, müssen jedoch weitere Studien klären.“
Die Studienergebnisse unterstreichen, wie wichtig es ist, Weizensorten zu identifizieren und zu züchten, die auch unter steigenden CO₂-Konzentrationen eine hohe Backqualität bewahren und zugleich möglichst geringe Mengen potenziell unverträglicher Proteine enthalten.