Dr. Thomas Schmutzer über die Potenziale digitaler Modelle für die Pflanzenzüchtung

Kreuzung, Feldversuch, Bonitur sind bewährt, aber sie zeigen nicht alles. Im Interview erklärt Dr. Thomas Schmutzer, warum das Wurzelmikrobiom ein blinder Fleck der Züchtung bleibt, obwohl es beeinflusst, wie gut eine Pflanze Nährstoffe erschließt und Trockenphasen übersteht, und wie ein biodigitaler Zwilling der Gerste dabei hilft, sie für das Trockenjahr 2040 zu züchten. Warum am Ende trotzdem das echte Feld entscheidet, warum der größte Engpass nicht im Labor liegt – und was das für Sachsen-Anhalt bedeutet, lesen Sie im vollständigen Interview.

DiP: Herr Dr. Schmutzer, Sie arbeiten mit DiP-DIAMANT an der digitalen Präzisionsgenomik und entwickeln mit SYMBIOSA-KI nun einen biodigitalen Zwilling für Gerste. Was kann Digitalisierung in der Pflanzenforschung leisten, was mit klassischen Methoden allein kaum möglich wäre?

Thomas Schmutzer: „Die klassischen Methoden sind etabliert und behalten ihre volle Berechtigung – Kreuzung, Feldversuch und Bonitur bilden ab, was eine Pflanze unter realen Bedingungen tatsächlich leistet. Ich will auch gar nicht so tun, als sei Digitalisierung neu in der Züchtung: Genomische Selektion und günstige Genotypisierung sind seit Jahren Standard. Ein Markermodell sieht aber immer nur eine Ebene, nämlich die Beziehung zwischen Genotyp und Merkmal. Ein erheblicher Teil dessen, was über die Leistung einer Pflanze entscheidet, taucht darin überhaupt nicht auf. Das Wurzelmikrobiom ist so ein blinder Fleck: Es beeinflusst, wie gut eine Pflanze Nährstoffe erschließt und Trockenphasen übersteht – und kommt in keinem gängigen Selektionsmodell vor. Genau hier setzen wir mit SYMBIOSA-KI an: Wir bündeln die vorhandenen Ressourcen der Gerste – Genom, Genaktivität, Boden, Wetter und Mikrobiom – über den gesamten Lebenszyklus hinweg in einem Modell. Der Gewinn liegt nicht in einer weiteren Einzelmessung, sondern in der Verknüpfung.“

Von der digitalen Analyse des Erbguts bis zum biodigitalen Zwilling: Wie verändern solche Technologien konkret die Pflanzenzüchtung und was könnte das langfristig für Landwirtschaft und Bioökonomie in Sachsen-Anhalt bedeuten?

„Am deutlichsten dort, wo die klassische Vorhersage an ihre Grenze stößt. Genomische Selektion ist stark innerhalb ihres Erfahrungsraums, aber sie extrapoliert schlecht in Umwelten, für die es keine Trainingsdaten gibt. Und genau die brauchen wir: Niemand züchtet für den Mittelwert, sondern für das Trockenjahr 2040 auf einem konkreten Standort. Ein biodigitaler Zwilling erlaubt, solche Szenarien im Rechner durchzuspielen. Zweitens modelliert er den Verlauf und nicht nur das Endergebnis. Zwei Sorten können denselben Ertrag über völlig verschiedene Wege erreichen – früh bestockend oder spät kompensierend. Wenn sich die Vegetationsperioden verschieben, entscheidet der Weg. Wichtig ist mir dabei: Biodigitale Zwillinge treten in ihrer Anwendung im Hintergrund auf. Am Ende zählt die Performanz der echten Pflanze auf dem echten Feld. Der Zwilling ersetzt weder den Feldversuch noch die genomische Selektion, er umschließt sie – und den Nachweis, dass er in ungesehenen Umwelten besser vorhersagt, müssen wir erst noch erbringen. Das Zielbild ist ein Assistenzsystem: Sortenwahl für den Landwirt, Kreuzungsstrategie für den Züchter. Für Sachsen-Anhalt bedeutet das robustere, ressourceneffizientere Sorten und eine Wertschöpfung, die von der Datenanalyse bis zum Produkt in der Region bleibt.“

DiP verfolgt das Ziel, Digitalisierung entlang der gesamten pflanzlichen Wertschöpfungskette einzusetzen. Wo sehen Sie die spannendsten nächsten Schritte und welche Rolle kann Sachsen-Anhalt dabei spielen?

„Der spannendste und zugleich anspruchsvollste Schritt ist die Durchgängigkeit der Datenkette: Genomdaten, Sensorik im Feld und Prozessdaten aus der Verarbeitung so zu verbinden, dass sie sich gegenseitig erklären. Der Engpass ist längst nicht mehr das einzelne Verfahren, sondern Standards, Formate und Interoperabilität – unspektakulär, aber entscheidend. Der zweite Engpass sind die Menschen. Wir brauchen smarte Köpfe, die Pflanzenwissenschaft und Datenanalyse gleichermaßen verstehen, und die bildet man nicht in einem Jahr aus. DiP als Ganzes ist deshalb immer auch ein Ausbildungsort – ein Kollektiv für den Expertisen- und Wissenstransfer. Sachsen-Anhalt hat dabei eine Ausgangslage, die andere Regionen so nicht haben. Das SYMBIOSA-KI als Vorhaben der neuen STEP-Förderung des Landes direkt an das Bundesvorhaben DiP andockt, ist ein gutes Beispiel. Es zeigt, dass Bundes- und Landesförderung ineinandergreifen, statt nebeneinander herzulaufen. Solche Impulse, vor allem aber das, was auf den Verbundtreffen sichtbar wird, machen mich zuversichtlich: Hier entsteht tatsächlich eine Modellregion.“

Projektlink DiP-DIAMANT
Veröffentlichungen im Projekt siehe hier.