Hirse (Sorghum)

Unter den verschiedenen Hirsearten ist die Mohrenhirse Sorghum bicolor landwirtschaftlich die bedeutendste. Sie wird in den tropischen und subtropischen Klimaregionen und in Europa im Mittelmeerraum (Frankreich, Italien, Spanien) angebaut.

Die Hirse zeichnet sich natürlicherweise durch besondere Dürreresistenz aus.

In vielen Gebieten Afrikas und Asiens sind verschiedene Hirsearten Hauptnahrungsmittel. Hirse besteht überwiegend (60-80%) aus Kohlenhydraten. Wenn man im deutschen Sprachraum von Hirse spricht, handelt es sich meist um die Rispenhirse Panicum miliaceum. Diese wird hauptsächlich in Asien angebaut.

Hirse findet vor allem als Lebensmittel Verwendung. Die Samen werden verarbeitet zu Mehl, Gries, Grütze, Flocken, Popcorn, nicht-alkoholischen Getränken und Hirse-Bier.

Neben der Verwendung als Lebensmittel wird Hirse auch genutzt

• als Grünfutter (Frischweide und Silage)
• für die Herstellung von Biokraftstoffen
• zur Dachabdeckung
• zur Herstellung von Fasern
• zur Stärkegewinnung
• in afrikanischen Ländern als Brennmaterial.

Beispiele Forschung und Entwicklung (Gentechnik, neue Züchtungsverfahren)

Anreicherung mit Vitaminen und Mikronährstoffen, zum Beispiel Vitamin A und E, Eisen, Zink, Aminosäuren. In einem gemeinsamen Projekt arbeiten mehrere Forschungseinrichtungen und Unternehmen an der Entwicklung von Nährstoff-angereichertem Sorghum. Mit gentechnischen Verfahren konnte der Gehalt dreier Aminosäuren sowie von Vitamin E gesteigert und die Bioverfügbarkeit von Eisen und Zink in Sorghum verbessert werden.

In den USA sind sechs Freilandversuche mit nährstoff-angereichertem gv-Sorghum durchgeführt worden, ebenso Gewächshausversuche in Südafrika und Kenia. Weitere Freilandversuche gibt es in Kenia, Uganda und Nigeria.

Verbesserte Proteinqualität und Verdaulichkeit. Die Hauptspeicherproteine bei Hirse sind die sogenannten Kafirine. Diese sind schwer verdaulich und für die Ernährung von geringer Qualität. Um die Proteinzusammensetzung in den Hirsekörnern zu verbessern, haben Wissenschaftler der University of Nebraska mit CRISPR/Cas ein Kafirin-Gen verändert, um den Kafirnin-Gehalt zu senken und die Proteinqualtität und die Verdaulichkeit zu verbessern.

An der University of Queensland (Australien) wurden Hirsepflanzen durch die Übertragung von bis zu zwei Genen aus anderen Hirsesorten (cisgener Ansatz) so verändert, dass die Pflanzen einen höheren Proteingehalt, eine bessere Proteinverdaulichkeit und größere Körner oder höhere Kornzahl aufwiesen. Die gv-Hirse (DIR 153) wurde zwischen 2017 und Juni 2020 in Freilandversuchen getestet.

Optimierung der stofflichen Zusammensetzung für die Gewinnung von Biokraftstoffen. Hirse ist eine wichtige Energiepflanze. Als C4-Pflanze ist ihre Photosyntheseleistung sehr hoch, d.h. sie bildet in kurzer Zeit viel Biomasse. Weltweit wird daran gearbeitet, diesen Prozess für die Erzeugung von Biokraftstoffen (vor allem Bioethanol) zu optimieren. An der Universität Illinois versuchen Wissenschaftler Hirse dazu zu bringen, in den oberirdischen Pflanzenteilen Öl anstelle von Zucker (Cellulose) zu bilden. Sie optimieren die Farbintensität der Blätter, um das Sonnenlicht effektiver zu nutzen und erhoffen sich eine um 50 Prozent höhere Energieausbeute.

Eine andere Forschergruppe aus Illinois will Hirse durch Übertragung verschiedener Gene aus Bakterien und anderen Pflanzen so verändern, dass 20 Prozent ihrer Biomasse aus Farnesenen besteht, Stoffen, die einfach in Biodiesel umzuwandeln sind.

Resistenz gegen pflanzliche Parasiten wie das Hexenkraut (Striga hermonthica). Diese Pflanze lebt als Halbparasit an verschiedenen Kulturpflanzen wie Hirse, Reis oder Mais und ist in Afrika auf über 60 Prozent der Felder verbreitet. Die Pflanzen zapfen die Wurzeln ihres Wirts an und entziehen ihm Nährstoffe und Wasser. Ein starker Befall mit Hexenkraut kann zu einem Totalausfall der Ernte führen.

Einige Wildarten von Hirse sind aufgrund von Mutationen resistent gegen Striga-Befall. Ein Forschungsteam in Kenia hat mit Hilfe von CRISRP/Cas in Kulturhirsesorten entsprechende Mutationen hervorgerufen. Nun sollen die editierten Hirsepflanzen im Freiland getestet werden. Die Tests sollen 2024 beginnen. In Kenia werden Genom-editierte Pflanzen wie konventionell gezüchtete Sorten behandelt, solange sie keine Fremd-DNA enthalten. Damit unterliegen sie nicht den strengen Regularien, die für gentechnisch veränderte Pflanzen gelten.