Im Jahr 2006 starteten bei VitaPlant für die Mutterfirma Max Zeller Söhne die Arbeiten an der Entwicklung einer nachhaltigen Produktion von Wurzeldroge von Actea racemosa (syn. Cimicifuga racemosa). Aus dem Screening erfolgte die Selektion von zwei Genotypen. Für die Vermehrung von Pflanzen entwickelte VitaPlant eine effiziente in vitro Methode. Pflanzen der beiden Genotypen wurden auf Klonbasis für die Pilotversuche und den anschliessenden großflächigen Anbau in Polen und Holland produziert. In den Untersuchungen bei Max Zeller Söhne an der Wurzeldroge aus dem Anbau konnten bereits nach 2-jährigem Anbau Triterpenglykosid-Gehalte oberhalb der Ph.Eur.-Grenze von 1 % ermittelt werden. In den Versuchen zeigte sich, dass neben der Anbaudauer auch die Bodenstruktur und die klimatischen Verhältnisse eine wichtige Rolle bei der Ausbildung der Triterpenglykoside spielen. Nach 4-jährigem Anbau lagen die Erträge zwischen 7,5–8,5 t/ha getrockneter Wurzeldroge.
Die Entwicklung nachhaltiger Anbaumethoden für Medizinalpflanzen zur Deckung des steigenden Bedarfs an qualitativ hochwertiger Rohware ist für die pharmazeutische Industrie von großer Bedeutung. Gleichzeitig gilt es Umweltauswirkungen zu minimieren und die Biodiversität zu schützen. Im Rahmen der Initiative BioökonomieREVIER zur Bewältigung des Strukturwandels aufgrund des Braunkohleausstiegs soll das Rheinische Revier zu einer Modellregion für nachhaltige Bioökonomie entwickelt werden. Diesbezüglich werden Projekte gefördert, in denen durch eine enge Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Wirtschaft innovative Lösungen in Form von Innovationslaboren etabliert und umgesetzt werden. Ein Beispiel ist das Projekt „Circular PhytoREVIER“, das die nachhaltige Wertschöpfung mit Medizinalpflanzen im Rheinischen Revier fokussiert. Dafür haben die drei beteiligten Wissenschaftspartner Fraunhofer IME, Fraunhofer UMSICHT und Forschungszentrum Jülich, IBG-2, ihr jeweiliges Fachwissen, ihre Ressourcen, Infrastrukturen sowie Vorarbeiten gezielt zusammengeführt, um im Rahmen des Projekts ertrags- und standortoptimierte Medizinalpflanzen zu etablieren und diese sowohl im Freiland als auch in geschlossenen Indoor-Systemen anzubauen. Darüberhinaus werden innovative Verfahren zur gezielten Steuerung und Erhöhung des Wirkstoffgehalts durch biologische, chemische und physikalische Stressgabe sowie zur nicht-invasiven Erfassung von Wachstums- und Ernteparametern entwickelt. Die Arbeiten des Fraunhofer IME umfassen dabei die Entwicklung molekularer Marker zur Züchtungsunterstützung und die Generierung von Zell- und Gewebekulturen ausgewählter Medizinalpflanzen. Eine unserer Modellpflanzen ist Arnica montana, die unter anderem Sesquiterpenlactone (SL) als wertgebende Inhaltsstoffe produziert. Unsere Arbeiten konzentrierten sich zunächst auf die Identifizierung der bisher unbekannten SL-Biosynthesegene und zukünftig auf deren Charakterisierung. Dafür fokussieren wir uns zurzeit auf die Etablierung der in vitro-Vermehrung von Arnika-Pflanzen sowie die pflanzliche Regeneration aus Einzelzellen und schließlich auf die genetische Modifikation von Arnica montana, um zukünftig Biosynthesegene des SL-Stoffwechsels charakterisieren und den SL-Gehalt in der Pflanze oder auch Zellkultur optimieren zu können.
Echte Kamille, Matricaria recutita L., ist eine der wichtigsten Arzneipflanzen und dient der Behandlung diverser Erkrankungen wie Infektionen und Entzündungen der Haut, gastrointestinale Beschwerden und Atemwegsprobleme. Neben ihrer wirtschaftlichen Bedeutung trägt der Anbau der Kamille zur Agrobiodiversität und als Blühkultur zur Insektenfreundlichkeit bei. Für den Landwirt muss der Anbau wirtschaftlich verlässlich gewinnbringend sein. Züchtungsarbeiten zur Erzeugung verbesserter Sorten finden nur sehr selten statt, so dass die aktuellen Sorten und Elitelinien neuen Herausforderungen z.B. durch den Klimawandel häufig nicht optimal begegnen. Pflanzengenetische Ressourcen bieten mit ihrer genetischen Diversität die Möglichkeit, neue oder verbesserte Merkmale in die aktuellen Sorten zu integrieren. Beispiele dafür sind optimierter Inhaltsstoffgehalt, abiotische Stresstoleranz oder Krankheitsresistenzen. Drei verschiedene di- und tetraploide Linien Echter Kamille mit rezessiv vererbbarer männlicher Sterilität (MS) wurden in Sorten und Handelssaatgut identifiziert und können zur gezielten Kreuzung und Bestäubungslenkung in der Züchtung genutzt werden. Die genetischen Grundlagen für die MS wurden mittels Transkiptomanalyse und GWAS unter Nutzung von SNP-Markern aus Genotyping-by-Sequencing (GBS) analysiert. Es wurden mit MS assoziierte Genomsequenzen erhalten, die aber maximal bei 92 % der untersuchten MS-Pflanzen und ebenfalls bei 5 % der MF-Pflanzen detektiert wurden, und daher nicht hinreichend für marker-gestützte Selektion nutzbar sind. Aktuell finden Arbeiten zur Erzeugung eines ersten Genomassemblies der diploiden Kamillensorte Bona statt, um mit diesem als Grundlage Marker mit einer noch deutlich stärkeren Assoziierung mit dem Merkmal MS zu identifizieren, beispielhaft zur Markerentwicklung auch für andere wichtige Merkmale. Diese „Züchter-Marker“ mit hochgradiger Assoziierung können dann für marker-gestützte Selektion eingesetzt werden, um schnell und effizient zu selektieren bzw. fehlende Eigenschaften in die ansonsten leistungsfähigen aktuellen Sorten einzukreuzen.
