Genotyp und Phänotyp: Was bestimmt das Erbgut, was die Umwelt?

Genotyp: die Erbanlagen einer Pflanze

Der Genotyp ist die genetische Ausstattung einer Pflanze – die Gesamtheit ihrer Erbanlagen, auch jener, die man ihr nicht ansieht. Von den meisten Genen besitzt eine Cannabispflanze zwei Kopien, eine von der Mutter- und eine von der Vaterpflanze. Die Varianten eines Gens heißen Allele. Trägt eine Pflanze zwei gleiche Allele, ist sie für dieses Gen reinerbig (homozygot), bei zwei verschiedenen mischerbig (heterozygot).

Ob ein Allel sichtbar wird, hängt von seinem Verhalten ab. Ein dominantes Allel setzt sich schon in einfacher Ausführung durch, ein rezessives zeigt sich nur, wenn es doppelt vorliegt. So beruht die tagneutrale Blüte vieler Autoflower-Pflanzen auf einer rezessiv vererbten Genvariante. Bei kodominanten Allelen zeigen sich beide: Pflanzen mit je einem Allel für THC- und für CBD-Bildung bilden beide Stoffe.

Jeder Samen trägt einen neuen Genotyp, weil bei der Befruchtung die Erbanlagen beider Eltern neu kombiniert werden. Auch Samen aus derselben Packung unterscheiden sich deshalb. Ein Steckling dagegen trägt denselben Genotyp wie die Mutterpflanze – genau das macht die vegetative Vermehrung über Stecklinge so nützlich. Wie Merkmale über Generationen aufspalten, erklärt der Artikel zur F1-Generation.

Phänotyp: was du siehst und misst

Der Phänotyp umfasst alle beobachtbaren Merkmale einer Pflanze: Wuchshöhe, Verzweigung, Blattform, Blütezeit, Aroma, Inhaltsstoffe und auch die Anfälligkeit für Krankheiten. Die Pflanzenzüchtung beschreibt ihn mit einem einfachen Modell: Phänotyp = Genotyp + Umwelt + Wechselwirkung zwischen beiden. Zur Umwelt zählt alles, was nicht im Erbgut steckt – Licht, Temperatur, Topfgröße, Nährstoffe, Wasser, Stress und die Position im Zelt.

Wie groß der Einfluss der Umwelt ist, zeigen Stecklinge besonders deutlich, weil sie genetisch identisch sind. In einer kanadischen Studie wuchsen Mutterpflanzen derselben Sorten unter verschiedenen Lampen. Unter Halogen-Metalldampflampen mit zusätzlichem Dunkelrot wurden sie 19 % höher als unter Leuchtstoffröhren und bildeten rund 25 % längere Internodien. Unter Leuchtstoffröhren und reinem Metalldampflicht entstanden dagegen etwa 30 % mehr Triebspitzen. Gleiches Erbgut, anderer Phänotyp.

Nicht jedes Merkmal reagiert gleich stark. In einem Versuch der University of Guelph stieg der Blütenertrag mit der Lichtintensität bis 1.800 µmol/m²/s linear an, der Cannabinoidgehalt der Blüten blieb dagegen unverändert. Der Ertrag hing hier also stark von der Umwelt ab, der Gehalt kaum.

Im Grow-Jargon heißt eine ausgewählte Einzelpflanze aus Samen oft „Pheno“. Genau genommen ist sie ein eigener Genotyp, dessen Phänotyp unter bestimmten Bedingungen beobachtet wurde. Wie man solche Pflanzen fair vergleicht, beschreibt der Artikel Phäno-Hunt.

Welche Merkmale eher genetisch, welche eher umweltbedingt sind

Merkmale lassen sich grob in zwei Gruppen teilen. Qualitative Merkmale fallen in klar unterscheidbare Klassen, etwa THC- oder CBD-dominant, und werden kaum von der Umwelt verschoben. Quantitative Merkmale wie Ertrag oder Stresstoleranz hängen von vielen Genen mit jeweils kleiner Wirkung ab, variieren fließend und reagieren deutlich auf die Anbaubedingungen.

Die Tabelle beschreibt Tendenzen, keine festen Grenzen. Auch ein genetisch angelegtes Merkmal braucht passende Bedingungen, um sich zu zeigen, und beim Geschlecht können Stress oder Hormone die Ausprägung verändern – mehr dazu unter Zwittermerkmale.

Genotyp-Umwelt-Interaktion: gleiche Umwelt, unterschiedliche Reaktion

Von einer Genotyp-Umwelt-Interaktion (kurz G×E) spricht man, wenn verschiedene Genotypen unterschiedlich auf dieselbe Veränderung der Umwelt reagieren. Die eine Sorte legt bei mehr Licht deutlich zu, die andere kaum; im Extremfall kehrt sich die Rangfolge um. Ein klassisches Beispiel stammt aus der Ökologie: Stecklinge von Wildpflanzen aus verschiedenen Höhenlagen Kaliforniens wurden in Versuchsgärten auf unterschiedlicher Höhe gepflanzt – keine Herkunft war überall die beste.

Für Hanf ist das gut belegt. In Sortenversuchen an mehreren Standorten in Colorado reagierten die Sorten sehr unterschiedlich empfindlich auf die Umwelt. Wuchshöhe, Kornertrag und Wasserverbrauch wurden stark von Standort und Wechselwirkung geprägt, während Reifezeit sowie THC- und CBD-Bildung fast nur vom Genotyp abhingen.

Für den Eigenanbau folgt daraus dreierlei:

• Angaben zu Höhe, Ertrag oder Blütezeit beschreiben den Phänotyp unter den Bedingungen des Züchters, nicht unter deinen.

• Zwei Pflanzen lassen sich nur fair vergleichen, wenn sie gleichzeitig unter denselben Bedingungen wachsen.

• Eine Pflanze, die in deinem Setup überzeugt, muss das anderswo nicht genauso tun.

Wie stark Unterschiede genetisch bedingt sind, beschreibt die Züchtung mit der Heritabilität (Erblichkeit). Sie schätzt den Anteil genetischer Unterschiede an der beobachteten Vielfalt einer Population. Der Wert gilt nur für diese Population und die Umwelt, in der er ermittelt wurde, und sagt nichts darüber, wie stark Gene das Merkmal einer einzelnen Pflanze festlegen. Weitere Grundlagen findest du in der Kategorie Genetik-Grundlagen.

Häufige Irrtümer

• „Pflanzen aus einer Samenpackung sind genetisch gleich.“ Jeder Samen ist eine neue Kombination. Selbst bei Sorten, die als stabil galten, fanden Forscher mit genetischen Tests aufspaltende Nachkommen.

• „Ein Klon, der anders aussieht, hat sich genetisch verändert.“ Meist steckt die Umwelt dahinter: Licht, Topfgröße und Position im Zelt verändern Wuchs und Verzweigung deutlich, wie der Lampenversuch mit Mutterpflanzen zeigt.

• „Ein großer Ertrag beweist eine gute Genetik.“ Ertrag ist stark umweltabhängig. Ohne Vergleich unter gleichen Bedingungen sagt er wenig über den Genotyp.

• „Was genetisch angelegt ist, zeigt sich immer.“ Eine Sorte mit hohem Ertragspotenzial bringt unter wenig Licht keinen hohen Ertrag, und ein rezessives Allel bleibt bei Mischerbigkeit unsichtbar.

• „Hohe Erblichkeit heißt, die Umwelt ist egal.“ Auch bei hoher Heritabilität kann die Umwelt ein Merkmal verändern; der Wert beschreibt nur die Ursachen von Unterschieden in einer bestimmten Population und Umwelt.

• „Der Phänotyp verrät den Genotyp.“ Nur teilweise: Mischerbige Pflanzen mit einem rezessiven Allel sehen aus wie reinerbige, und gleiche Genotypen sehen in verschiedenen Umwelten verschieden aus.