18.11.2009

Forschung Confinement

Neue Forschungsprojekte

Biologischer Einschluss neuer Gene

In verschiedenen Forschungsprojekten werden von 2008-2011 Methoden entwickelt und geprüft, die die Begrenzung der Ausbreitung gentechnisch veränderter Pflanzen (Confinement) zum Ziel haben.

Eine Confinement-Strategie ist dann sinnvoll, wenn Pflanzen etwa zur Herstellung funktioneller Lebensmittel oder für die Produktion industrieller oder pharmazeutischer Stoffe eingesetzt werden und eine Auskreuzung und Ausbreitung dieser Pflanzen nicht erwünscht ist. Bei der Umsetzung von Confinement-Strategien werden derzeit an Modellpflanzen sehr unterschiedliche Forschungsansätze verfolgt. So wird beispielsweise geprüft, ob männlich sterile Pflanzen, Pflanzen mit transgen-freien Pollen oder in der geschlossenen Blüte abblühende Pflanzen den Anforderungen eines Confinement-Systems genügen.

Konzept Sterilität: Pflanzen ohne Pollen

Männlich sterile Pflanzen sind nicht in der Lage, befruchtungsfähigen Pollen zu bilden. Die Verwendung natürlich vorkommender steriler Pflanzen als Ausgangsmaterial für gentechnische Veränderungen könnte eine geeignete Methode für das biologische Confinement sein. Natürlich vorkommende männliche Sterilität kann jedoch durch die Aktivität bestimmter Gene oder durch extreme Umweltbedingungen aufgehoben werden. Am Julius Kühn-Institut Quedlinburg wird an verschiedenen männlich sterilen Maissorten die Stabilität dieses Merkmals bei unterschiedlichen Umweltbedingungen geprüft.

Am Beispiel gentechnisch veränderter Pappeln wird am Johann Heinrich von Thünen-Institut (vTI) Großhansdorf ein Sterilitätskonzept überprüft, das darauf beruht, dass speziell in den Staubbeuteln der Pflanzen ein Zellgift produziert wird, das die Pollenbildung verhindert.

Pollen ohne Transgen

Mehrere Forschungsprojekte beschäftigen sich mit neuen züchterischen Ansätzen, um Pflanzen mit transgen-freiem Pollen zu erzeugen. Hierbei werden zwei verschiedene Strategien verfolgt:

• Transformation der Plastiden als Alternative zur Transformation des Kerngenoms
• Entfernen des Transgens während der Pollenbildung mit Hilfe spezieller Enzyme

Bei der Plastidentransformation werden im Gegensatz zur Kerntransformation Transgene nicht in die DNA des Zellkerns, sondern in die der Plastiden eingeschleust. Plastiden sind eigenständige Einheiten im Zellplasma grüner Pflanzen, die über ein eigenes kleines Genom verfügen. Die meisten landwirtschaftlichen Nutzpflanzen vererben Plastiden nur mütterlicherseits, d.h. nicht über den Pollen. Durch die Erzeugung und den Anbau transplastomer Pflanzenlinien könnte die Ausbreitung über Auskreuzungen der Transgene verhindert oder zumindest eingeschränkt werden.

In verschiedenen Forschungsprojekten wird am Max-Planck-Institut in Potsdam sowie an den Universitäten München und Rostock die Plastidentransformation für die Kulturarten Mais und Raps entwickelt. In Feldversuchen soll die Zuverlässigkeit der Plastidentransformation als Confinement-Strategie überprüft werden. Da erst im Verlauf der Forschungsvorhaben transplastomische Raps- und Maislinien vorliegen, werden die Felduntersuchungen in den ersten beiden Versuchsjahren mit den Modellpflanzen Petunie und Arabidopsis im Freiland durchgeführt.

Ein neues Verfahren widmet sich dem gezielten Entfernen des Transgens während der Pollenbildung. Hier kommen spezielle Enzyme, Rekombinasen, zum Einsatz, die an bestimmten Erkennungssequenzen DNA-Abschnitte aus dem Genom herausschneiden können. Der Pollen ist in der Folge transgenfrei. Diese Methode wird an der Universität Hamburg an Mais und am Institut für Forstgenetik des Johann Heinrich von Thünen-Instituts (vTI) an Pappeln entwickelt.

Selbstbestäubung

Pflanzen, die sich innerhalb der geschlossenen Blüte selbst bestäuben und befruchten, werden als kleistogam bezeichnet. Ein Gentransfer zu benachbarten Pflanzen über Pollen ist auf diese Weise sehr begrenzt. Am Beispiel einer kleistogamen Rapslinie wird am Julius Kühn-Institut (JKI) Quedlinburg geprüft, ob Kleistogamie, die in der Natur eher selten vorkommt, sich als biologisches Confinement einsetzen lässt.

Hemmung der Keimung

Kartoffeln vermehren sich über Knollen, die nach einer Phase der Keimruhe auskeimen. Bleiben Kartoffelknollen nach der Ernte auf dem Feld liegen, können diese im Folgejahr zu ungewolltem Durchwuchs in der Folgekultur führen. Ein Forschungsprojekt an der Universität Erlangen-Nürnberg hat zum Ziel, den Prozess der Keimung über eine gezielte gentechnische Veränderung zu hemmen, um so einer Ausbreitung von Kartoffeln über Durchwuchs vorzubeugen.