Safran – das Findelkind – Vortrag von Dr. Silvia Fluch

Utl.: Gregor-Mendel-Gesellschaft in Wien tagte im Dezember 2014

Der Vortrag von Frau Dr. Fluch wurde von zahlreich erschienenem Publikum mit großem Interesse verfolgt. Kriminalistisch gesprochen könnte man formulieren: Große Verblüffung im Pflanzenreich. Der Safran ist erwartungsgemäß offenbar ein Einzelkind; seine Migrationsgeschichte ist aber noch etwas unklar. Der Vater des Safran scheint gefunden zu sein, aber die Mutter ist nach wie vor nicht eruiert, daher auch unbekannten Aufenthalts. Die spannende Frage ist, bleibt sie unauffindbar oder ist sie gar schon verstorben? Jedenfalls können wir in dieser Angelegenheit weitere Überraschungen erwarten.

Gott sei Dank hat Gregor Mendel mit Erbsen zu forschen begonnen und damit die Erbgesetzte entdeckt und nachgewiesen! (berichtete der SdP vom 9.12.2014)

Aber jetzt liegt uns der wissenschaftliche Vortrag von Frau Dr. Fluch dankenswerter Weise vor:

Die überraschenden Geheimnisse des Safrans

Safran (Crocus sativus L) gilt als teuerstes Gewürz der Welt, und die lange Kulturgeschichte seiner Nutzung reicht zurück bis in die Bronzezeit.  Ob bei den alte Ägyptern, Griechen,  Römern,  Arabern oder  im China des 13.Jh, der Safran  erfuhr als Heil- und Gewürzpflanze  aber auch als Färbemittel in jedem Jahrhundert  Verehrung und wurde mit Gold aufgewogen. Um den Safran ranken sich demnach auch viele Mythen und Legenden, und in jedem Kulturkreis werden ihm sagenhafte Wirkungen nachgesagt.

Aber auch in Bezug auf seine Herkunft und botanische Abstammung gibt sich der Safran geheimnisvoll. Durch seine intensive Nutzung und weltweite Verbreitung als jahrtausendealte Kulturpflanze liegt sein geographischer Ursprung im Dunkeln. Auch als herbstblühender Krokus bildet er eine Ausnahme unter den Krokussen, und erfreut im Oktober die Betrachter durch seine lila Blüten.

Begibt man sich als Molekularbiologin auf die Suche nach dem Ursprungs des Safrans, und möchte mit molekularbiologischen Methoden, durch Untersuchung seiner Erbsubstanz, das Rätsel lösen, so steht man vor verschiedenen Problemen. Wo soll man anfangen, nach seinen Vorfahren zu suchen? Und wie unterschiedlich sind die weltweiten Safrankulturen überhaupt.

Letztere Frage tritt auch immer wieder in Zusammenhang mit dem Problem der Authentizität von Safran, der Ziel groß angelegter Verfälschungen ist (sei es durch Beimengung anderer Pflanzenarten wie der Färberdistel oder der Ringelblume, aber auch durch ‚Etikettenschwindel‘ bei Import aus billigeren Produktionsländern), auf. In vielen Ländern Europas und Asiens hat die Safrankultur eine lange Tradition. Oftmals waren die wertvollen Knollen, die nationale Safrankulturen begründeten, unter dem Beutegut, das von den Kreuzzügen aus fernen Ländern mitgebracht wurde.

Auch in der Wiener Sage über die ‚Spinnerin am Kreuz‘ kann man nachlesen, dass der Safran als wertvollstes Geschenk von einem Kreuzritter seiner Frau mitgebracht wurde. Wenn also seit alters her reger Handel mit dem Pflanzenmaterial betrieben wurde, wie unterschiedlich sind die verschiedenen Sorten?

Der Safran (Crocus sativus L.) ist eine sterile, triploide Hybridpflanze und kann somit nur über seine Knollen vermehrt werden. Als Gewürz kommen die getrockneten Narbenschenkel der Pflanze auf den Markt, wobei man für 1g Gewürz circa 200 Blüten beernten muss. Der Safran scheint durch eine natürliche, spontan aufgetretene Hybridisierung entstanden zu sein – und so wie moderne Hybridpflanzen in der Landwirtschaft - zeigt er vermutlich verbesserte Eigenschaften gegenüber seinen Eltern.

Überprüfen kann man das leider nicht, da die Eltern des Safran nicht bekannt sind. In der Literatur finden sich bis zu 6 verschiedene potentielle Kreuzungspartner, von denen C.cartwrightianus aufgrund seiner Blütenmorphologie als einer der Kreuzungspartner sehr wahrscheinlich ist. Somit ergibt sich auch ein Hinweis auf den möglichen geographischen Ursprung des Safran, denn C.cartwrightianus ist auf den südlichen Inseln der Aegeis und auf Kreta beheimatet.

In dieser verworrenen Fragestellung erlauben uns moderne DNA Methoden erstmals, dem Geheimnis des Safrans auf die Spur zu kommen. Die DNA der Pflanzen ist in drei verschiedenen voneinander getrennten Kompartimenten vorhanden  - dem Zellkern, den Chloroplasten und den Mitochondrien – und jede dieser Einheiten erlaubt uns, eine andere Fragestellung zu beantworten.

ChloroplastenDNA -Analytik

Durch die Analyse der mütterlich vererbten ChloroplastenDNA ist es möglich, phylogeographische Untersuchungen zur Herkunft von Pflanzenmaterial zu machen – so kann man die Herkunft von Populationen auf einer Europaweiten Skala verorten. Darüber hinaus kann die hoch konservierte  ChloroplastenDNA (cpDNA) auch zur Erarbeitung von DNA Barcodes verwenden, die die Unterscheidung von Arten erlaubt.

Bei unseren Untersuchungen der cpDNA des Safran aus über 20 Ländern der Welt (Spanien, Iran, Österreich, Indien, Neuseeland etc) konnten wir keine Unterschiede auf DNA Ebene entdecken. Dies ist sehr erstaunlich zumal man zum Beispiel bei Eichen (Quercus ssp) in Europa über 50 verschiedene cpTypen identifizieren kann, wobei diese Diversität in den Chloroplasten die postglaziale Wanderung der Eichenbestände nachvollziehbar nachzeichnet.

Da die cpDNA auch zur Sortenidentifikation herangezogen werden kann, begaben wir uns auf die Suche nach der Mutter des Safran. Theoretisch müsste jene Art, die als weiblicher Kreuzungspatner gedient hat, die gleiche cpDNA Struktur aufweisen wie der Safran. Unsere Ergebnisse an 5 möglichen Kreuzungspartnern zeigen jedoch keine Eistimmung mit der cpDNA des Safran – somit konnten wir unter den gängigen Kandidaten die Mutter nicht dingfest machen.

Wendet man sich der DNA des Zellkerns zu, so ermöglicht das die Beantwortung anderer Fragestellungen. So wie beim menschlichen Vaterschaftstest, ist es auch bei Pflanzen mit einer ausreichend großen Probenanzahl möglich, den Familienstammbaum innerhalb einer Art zu rekonstruieren, oder zumindest den Grad der Verwandtschaft zwischen zwei Individuen festzustellen.

Somit kann man sich auch der Frage nähern, wie unterschiedlich ist der Safran aus unterschiedlichen Herkunftsländern, oder auch – kann man über genetische Ähnlichkeit die Eltern finden? Auch wir haben uns diesen beiden Fragestellungen in Bezug auf Safran gewidmet und haben über 70 verschiedene Safran-Herkünfte untersucht. Haben verschiedene Methoden angewandt und sind immer tiefer und mit immer feineren Methoden in das Genom des Safran eingedrungen. 

Nach der Analyse vieler tausender Basen der DNA konnten wir einen Unterschied identifizieren. Nur eine der untersuchten 50 hypervariablen Regionen zeigte in 5 Individuen ein abweichendes Muster. Dieses Ergebnis ist äußerst ungewöhnlich. Und auch eine detailreichere Analyse löst Verwunderung aus. Wo bei anderen Pflanzen – sei es Arabidopsis oder Quercus – die Rate der detektierbaren Unterschiede bei 1 in 30 bis 1 in 300 Basen liegt, haben wir bei Safran in über 5000bp keine einzige Variation gefunden. 

Die untersuchten Safranproben scheinen genetisch ident. Ein Fehler im Labor? Dazu wurden zu viele unterschiedliche Proben, mit zu vielen verschiedenen Methoden analysiert. Was steckt dahinter? Und was ist mit den potentiellen Eltern? Hier zeigen unsere Analysen ziemlich eindeutig, dass C.cartwrightianus einer der Kreuzungspartner sein könnte, da in ihm ähnliche DNA Abschnitte auftreten wie im Safran. Zumindest hier scheint die DNA Analytik erfolgreich gewesen zu sein.

Mittlerweile widmen sich mehrere Arbeitsgruppen diesem Thema – mehr Wissenschaftler sind fasziniert von den Geheimnissen des Safran, von dem wir mittlerweile annehmen, dass er einmalig, aufgrund eines einzigen natürlichen Hybridisierungs-Events entstanden ist – und dass diese eine Pflanze dann ihren Eroberungsfeldzug um die Welt angetreten hat. Nach heutigen Erkenntnissen scheint der Safran weltweit ein Klon zu sein – ein einzigartiges Forschungsobjekt und die Blume der griechischen Götter.

Kontakt:

Dr. Silvia Fluch, Senior Scientist,

AIT Austrian Institute of Technology GbmH, Health & Environment Department, Bioresources, Tulln