Interaktive Web-Anwendung verbessert Möglichkeit, genetische Vielfalt bei Getreide zu bewahren

Das genetische Material sämtlicher Kultur- und Wildformen von landwirtschaftlich genutzten Kulturpflanzen ist ein Schatz für die  Menschheit. Wissenschaftler bezeichnen es als pflanzengenetische Ressourcen. Mit modernen molekularbiologischen Methoden können diese Schätze seit einigen Jahren schneller und besser genutzt und deren zuvor im Geheimen schlummernde Eigenschaften aufgespürt werden. Daher haben sich Mitte der 90er Jahre für die Getreidearten Gerste und Weizen Züchter und Forschungsinstitute zusammengeschlossen und das „Nationale Evaluierungsprogramm EVA“ ins Leben gerufen. Ziel des Programms EVA ist, die enorme Zahl der vorhandenen Pflanzenmuster für die Pflanzenzüchtung leichter zu erschließen. Dafür werden ausgewählte Muster nach einheitlichen Kriterien an mehreren Standorten gleichzeitig auf bislang unbekannte Resistenzeigenschaften gegenüber Krankheiten bewertet. Im Rahmen des jetzigen Projektes EVA II wird mit Mitteln des IT-Investitionsprogramms (Konjunkturpaket II der Bundesregierung) eine online-Plattform aufgebaut. Dort können nach Abschluss des Projektes alle aktuellen Bewertungsdaten aus den Untersuchungen fortlaufend abgelegt bzw. gespeichert und von interessierten Nutzern abgerufen werden.

Schneller, besser und zukunftsweisend: Interaktive Bearbeitung pflanzengenetischer Daten durch EVA II

Das Julius Kühn-Institut und private deutsche Getreidezuchtunternehmen kooperieren bei Getreide im „Nationalen Evaluierungsprogramm pflanzengenetischer Ressourcen EVA“ . In Abstimmung mit den Partnern werden aus dem vorhandenen umfangreichen Pflanzenmustern aussichtsreiche Sortimente zusammengestellt. Während der Vegetationsperiode werden diese Muster an mehreren Orten im Freiland zu bestimmten Zeitpunkten auf ihre Widerstandsfähigkeit gegen bestimmte Krankheitserreger nach einheitlichen Kriterien bewertet. Im Rahmen des Projekts EVA (http://www.genres.de/eva/) wurden bereits in der Vergangenheit Daten erhoben. Die damalige Zentralstelle für Agrardokumentation und -information im Informationszentrum Biologische Vielfalt (ZADI-IBV) – heute Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) – setzte dafür ein Informationssystem auf. Damit war zwar eine Recherche möglich, die Pflege der Daten jedoch mühsam.
Mit der Neustrukturierung der Ressortforschung des BMELV im Jahr 2008 wurde vereinbart, dass das Julius Kühn-Institut – Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen (JKI) die Datenbank von der BLE übernimmt und weiterentwickelt. Hierfür war eine vollständige Neuimplementierung erforderlich.

Die Realisierung dieses anspruchsvollen und für das Management wissenschaftlicher Daten im JKI strategisch wichtigen Projektes wurde durch das IT-Investitionsprogramm im Rahmen des  Konjunkturpakets II der Bundesregierung ermöglicht. Als Partner konnte im Ergebnis eines europaweiten Ausschreibungsverfahrens die itemis AG, Standort Leipzig, gewonnen werden.
Der wichtigste Aspekt bei der nunmehr entstandenen neuen Datenbank ist die Möglichkeit, die erhobenen Werte interaktiv und dezentral zu bearbeiten. Alle Projektpartner können ihre Daten direkt in die Datenbank einpflegen. Gleichzeitig wird die Datenpflege und Datenerfassung um ein Vielfaches beschleunigt. Die so aufbereiteten und zusammengefassten Ergebnisse der  Evaluierungsstandorte stehen z.B. Züchtern und Wissenschaftlern bereits zur Verfügung, bevor die Pflanzen geerntet werden. Sie können direkt für Kreuzungen und damit schnellere Züchtungserfolge genutzt werden. Auch die Datenqualität wird mit EVA II verbessert.

Prototyp-Projekt für zukünftige Softwareentwicklung

Die EVA II-Entwicklung ist eingebettet in den JKI-internen Diskussionsprozess zum Thema Datenmanagement. Neben dem beschriebenen fachlichen Ziel dient das Projekt einem internen Ziel für künftige Softwareentwicklung im wissenschaftlichen Umfeld. Für das Projekt wurde ein zu hundert Prozent auf Open-Source-Software basierendes modernes Softwareentwicklungssystem etabliert. EVA II dient in diesem Zusammenhang als Kernkomponente, die Auswertungsdaten zur Krankheitsresistenz pflanzengenetischen Ressourcen zu erfassen und bereitzustellen.  Gleichzeitig ist EVA II ein Prototyp, der künftig auf neue Pflanzengruppen oder Eigenschaften (z.B. Stresstoleranz, Qualität, Inhaltsstoffe u. ä.) erweitert werden kann und soll.
Damit die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des JKI künftig selbstständig weitere Module entwickeln können, werden sie in den gesamten Entwicklungsprozess eng eingebunden. Aus diesem Grund wird „Scrum“ (http://www.scrumalliance.org/) eingesetzt - ein hervorragend geeignetes Vorgehensmodell der agilen (d.h. dynamischen) Softwareentwicklung: In regelmäßigen Abständen wird die geleistete Entwicklung bewertet und die nächsten Schritte geplant. So wird sichergestellt, dass die erstellte Software in ihrer Funktion den Vorstellungen der Anwender entspricht. Darüber hinaus ist eine 14-tägige Schulung  der Anwender vorgesehen.
Nach erfolgreichem Abschluss des Projektes wird das JKI mit Hilfe dieser Maßnahme des IT-Investitionsprogramms folgende Ziele erreicht haben:

• Entwicklung des neuen und interaktiv nutzbaren EVA II-Portals im Rahmen des EVA-Projektes
• Aufbau einer modernen Open-Source-Softwareentwicklungsplattform für Web-Anwendungen auf der Basis des JEE-Standards
• Etablierung eines Basismoduls für die Entwicklung weiterer Anwendungen im Rahmen des Managements wissenschaftlicher Daten im JKI.

Die Realisierung des Projektes begann im April 2009, das Projektende ist planmäßig der 30. Juni 2011.

Programm „EVA“ wichtig für Landwirtschaft der Zukunft

In Forschungsinstituten oder bei Züchtern lagert eine große  Anzahl von Pflanzenmustern unserer landwirtschaftlich genutzten Kulturpflanzen in Genbanken (ex situ) oder sie werden in ihren natürlichen Lebensräumen geschützt (in situ). Genbanken sind Sammlungen von Nutzpflanzen bzw. allgemein von gefährdeten Arten mit dem Ziel, genetisch unterschiedliches Material für künftige Neuzüchtungen zu bewahren und dieses nutzbar zu machen. Jedes dieser Muster einer Pflanzenart ist mit individuellen Eigenschaften ausgestattet. Einige davon sind sichtbar wie z.B. Gerste mit oder ohne Grannen, andere bleiben dem Betrachter verborgen, aber alle sind in den Genen verankert. Zu Letzerem gehört z. B. die Widerstandsfähigkeit einer Pflanze gegenüber Krankheiten. Weltweit werden über 6 Millionen solcher Pflanzenmuster erhalten. Diese bislang nicht erschlossenen unschätzbaren Werte kann die moderne Pflanzenzüchtung zunehmend nutzen und damit die Herausforderungen der Zukunft - wie veränderte Klimaverhältnisse, neue Krankheiten etc. -  besser meistern.