Polygene Merkmale: Warum Ertrag und Wuchs nicht nach einfachen Regeln vererbt werden

Was ein polygenes Merkmal ist

Ein polygenes Merkmal wird nicht von einem einzelnen Gen, sondern von vielen Genen gleichzeitig bestimmt, von denen jedes für sich nur einen kleinen Beitrag zur Ausprägung leistet. In der Züchtungslehre heißt jeder dieser beteiligten Genorte QTL (Quantitative Trait Locus). Die einzelnen QTL wirken zusammen und addieren sich in ihrer Wirkung – je mehr günstige Varianten eine Pflanze an den beteiligten Genorten trägt, desto stärker fällt das Merkmal typischerweise aus.

Weil so viele Genorte beteiligt sind, zeigt sich das Ergebnis nicht in wenigen klar getrennten Klassen wie bei einem einzelnen Gen, sondern als kontinuierliche, glockenförmige Verteilung: Die meisten Pflanzen liegen im mittleren Bereich, wenige an den Rändern. Dazu kommt, dass polygene Merkmale deutlich stärker auf die Umwelt reagieren als monogene. Die Züchtungslehre beschreibt das mit demselben Modell wie bei anderen umweltabhängigen Eigenschaften: Phänotyp = Genotyp + Umwelt + Wechselwirkung. Typische Beispiele aus dem Pflanzenbau sind Ertrag, Wuchskraft, Photosyntheserate und Trockentoleranz. Wie sich diese Formel im Detail auf sichtbare Merkmale auswirkt, erklärt der Artikel zu Genotyp und Phänotyp.

Den Gegensatz dazu bilden monogene Merkmale, die von einem einzigen Gen bestimmt werden und meist klar unterscheidbare Ausprägungen zeigen, wie das Verhältnis von THC zu CBD bei Cannabis. Wie sich Allele bei einem einzelnen Gen nach festen Verhältnissen aufspalten, beschreibt der Artikel zu den mendelschen Regeln.

Polygene Merkmale bei Cannabis: was die Forschung zeigt

Eine Kreuzungsstudie an zwei genetisch unterschiedlichen Hanflinien kartierte 69 Genorte, die zu Unterschieden zwischen den Elternlinien beitrugen: 34 für agronomische Merkmale wie Wuchshöhe, Stängeldurchmesser, Biomasse, Samenertrag und Reifezeitpunkt, 35 für biochemische Merkmale wie Cannabinoid- und Terpengehalte. Ein auffälliger Unterschied zwischen beiden Gruppen: Die biochemischen Merkmale zeigten insgesamt eine höhere Heritabilität – der Anteil der Unterschiede zwischen Pflanzen, der auf die Genetik zurückgeht, war größer – und ihre Genorte häuften sich stärker an wenigen Stellen im Erbgut. Die agronomischen Merkmale waren dagegen auf mehr, kleinere Effekte verteilt und damit empfindlicher gegenüber der Umwelt.

Diese Umweltempfindlichkeit zeigt sich auch in Feldversuchen. Eine Untersuchung an Hanf-Sorten an mehreren Standorten in Colorado fand, dass Wuchshöhe, Kornertrag und Wasserverbrauch stark vom Standort und vom Zusammenspiel zwischen Sorte und Standort abhingen – zwei Sorten konnten je nach Standort ihre Rangfolge tauschen. Reifezeit sowie THC- und CBD-Bildung waren dagegen von Standort zu Standort deutlich stabiler und folgten überwiegend der Genetik. Dieses Muster passt zur QTL-Studie: Merkmale mit wenigen, starken Genorten verhalten sich stabiler, Merkmale mit vielen, kleinen Genorten reagieren empfindlicher auf äußere Bedingungen.

Für die Praxis bedeutet das: Angaben zu Ertrag oder Wuchshöhe aus einer Quelle beschreiben immer eine bestimmte Genetik unter bestimmten Bedingungen, nicht einen festen, übertragbaren Wert. Reifezeit und Chemotyp lassen sich dagegen mit mehr Zuversicht auf andere Anbaubedingungen übertragen.

Was das für Züchtung und Sortenvergleiche bedeutet

Weil an einem polygenen Merkmal viele Genorte beteiligt sind, lässt es sich nicht über eine einzelne Kreuzung mit einem festen Zahlenverhältnis vorhersagen, wie es bei einem monogenen Merkmal möglich ist. Stattdessen wählen Züchter über mehrere Generationen hinweg jeweils die am besten geeigneten Pflanzen aus einer größeren Zahl von Nachkommen aus und kreuzen diese gezielt weiter. Dieses Vorgehen bringt das Merkmal schrittweise in die gewünschte Richtung, ohne dass ein einzelnes Kreuzungsergebnis schon Gewissheit liefert.

Entscheidend für eine verlässliche Auswahl ist, Umwelteinflüsse möglichst klein zu halten: Nur wenn alle verglichenen Pflanzen unter denselben Bedingungen stehen, lassen sich Unterschiede im Ertrag oder Wuchs überhaupt der Genetik zuordnen und nicht dem Standort im Zelt. Wie ein solcher Vergleich in der Praxis abläuft, beschreibt der Artikel Phäno-Hunt. Auch die Wuchskraft, die bei Kreuzungen genetisch unterschiedlicher Elternpflanzen entstehen kann, hängt teils von polygenen Mechanismen ab – mehr dazu im Artikel zu Hybridvigor und Heterosis. Einen Überblick über weitere Grundbegriffe der Vererbung bietet die Kategorie Genetik-Grundlagen.

Häufige Irrtümer rund um polygene Merkmale

• „Polygen bedeutet nicht vererbbar.“ Polygene Merkmale sind vererbbar, nur eben von vielen Genen gemeinsam statt von einem einzigen. Die Heritabilität kann dabei hoch oder niedrig sein, unabhängig davon, wie viele Gene beteiligt sind.

• „Jedes Cannabis-Merkmal folgt einem einfachen Kreuzungsschema.“ Nur wenige Merkmale wie der Chemotyp sind monogen genug, um sich mit einer einfachen 3:1- oder 1:2:1-Regel vorherzusagen. Ertrag, Wuchsform und die meisten Wachstumsmerkmale verhalten sich anders.

• „Ein hoher Ertrag in einem Grow beweist überlegene Genetik.“ Ertrag ist stark umweltabhängig. Ohne Vergleich unter identischen Bedingungen lässt sich kaum unterscheiden, ob ein gutes Ergebnis an der Pflanze oder am Setup lag.

• „Reifezeit und Chemotyp verhalten sich genauso variabel wie Ertrag.“ Feldversuche zeigen das Gegenteil: Diese Merkmale hängen überwiegend von der Genetik ab und lassen sich zuverlässiger von einem Standort auf einen anderen übertragen als Wuchshöhe oder Ertrag.

• „Eine einzelne F2-Pflanze mit Spitzenwerten reicht als Beweis für eine gute Kreuzung.“ Bei polygenen Merkmalen streuen Nachkommen breit. Erst die Betrachtung vieler Pflanzen über mehrere Generationen zeigt, ob eine Kreuzung tatsächlich verbessert.