02.11.2004

Forschung Projekte

Transgene Fruktan-Kartoffel - Mögliche ökologische Auswirkungen auf Bakterien und Pilze des Blatt- und Wurzelbereichs im Vergleich zum Wildtyp und konventionellen Kartoffelsorten.

(2001 – 2004) Zentrum für Agrarlandschafts- und Landnutzungsforschung (ZALF) e.V., Institut für Primärproduktion und Mikrobielle Ökologie, Müncheberg

Thema

Fruktan-Kartoffeln haben einen veränderten Kohlenhydratstoffwechsel. Sie produzieren eine für Kartoffeln neue Zuckerkomponente und besitzen erhöhte Gehalte an löslichen Zuckern.

Die während des Pflanzenwachstums gebildeten Fruktane gelangen ebenso wie andere Stoffwechselprodukte über Wurzelausscheidungen in den Boden. Bei einer starken Ausscheidung von Fruktanen würde sich eine neue Nahrungsqualität für Bakterien und Pilze ergeben, die den Blatt- und Wurzelbereich der Kartoffel besiedeln. Dies könnte möglicherweise zu einer Beeinflussung der Bodenmikroflora führen. Ebenso ist denkbar, dass durch die veränderte Kohlenhydratsituation in den Blättern blattbesiedelnde Mikroorganismen beeinflusst werden.

Das Vorhaben soll Aufschluss darüber geben, ob von Fruktan-Kartoffeln ein nachhaltiger Einfluss auf die mit der Pflanze verbundene Bakterien- und Pilzflora ausgeht.

Zusammenfassung

Im Projekt wurde der Einfluss transgener Fruktan bildender Kartoffellinien auf die mit den Pflanzen verbundene Mikroflora untersucht. Die Populationsdichten der kultivierbaren Bakterien und Pilze variierten unabhängig von den untersuchten Kartoffellinien und – sorten. Auch in der Zusammensetzung der bakteriellen und pilzlichen Gemeinschaften, die über molekulare Fingerprinttechniken analysiert wurden, konnte keine deutlich über die Variationsbreite der konventionellen Sorten hinausgehende Wirkung der transgenen Linien auf die Pflanzen besiedelnde Mikroflora nachgewiesen werden. Somit ergibt sich kein erhöhtes Risiko. Über die Bestimmung der Insertions-Orte der transgenen DNA wurden einfache Verfahren zur linienspezifischen Identifikation der verwendeten transgenen Kartoffeln entwickelt und im Routinebetrieb des Unternehmens ConGen GmbH erprobt und angewendet.

Versuchsbeschreibung

Analyse der Mikroflora

Zur Erfassung möglicher Auswirkungen auf die Mikroflora des Wurzel- und Blattbereichs der Fruktan-Kartoffel wurden auf der Basis von Boden/Wurzel- und Blattproben aus dem Freiland verschiedene Erhebungen vorgenommen. Insbesondere wurden die Populationsdichten und die Zusammensetzung der bakteriellen und pilzlichen Gemeinschaften bestimmt.

Die Bewertung der Auswirkungen der gentechnisch veränderten Linien erfolgte im Vergleich zu konventionellen Sorten. Es kam hier darauf an, signifikante Unterschiede festzustellen, die über Sortenunterschiede hinausgehen.

Identifizierung transgener Linien

Da potenzielle Wirkungen der transgenen Pflanze auch linienspezifisch sein können, wurden als Modelluntersuchung die transgenen Kartoffellinien identifiziert. Zur Charakterisierung der Linien wurden die jeweiligen Insertions-Orte der transgenen DNA bestimmt. Basierend auf diesen Daten konnten einfache PCR-Verfahren zur linienspezifischen Identifikation abgeleitet werden. Die spezifische Identifikation ist von besonderem Interesse, da die Zulassung von gentechnisch veränderten Pflanzen immer auf konkreten Linien beruht.

Ergebnisse

Entnahme von Proben aus dem Wurzelraum (Rhizosphäre) einer Kartoffelpflanze

Bakterienkulturen aus dem Blattbereich (Phyllosphäre) einer Kartoffelpflanze zeigen die Heterogenität der vorkommenden Bakterien

Populationsdichten der Bakterien im Blattbereich der Kartoffel zur Zeit der Blüte.

Fingerprintmuster der bakteriellen Gemeinschaften des Wurzelraums im Vergleich zweier Sorten.

Spezifischer Nachweis einzelner transgener Kartoffellinien. Hier zeigt dieser Nachweis, dass die Kartoffelpflanzen mit den Nummern 3 und 4 derselben transgenen Kartoffellinie angehören

Analyse der Mikroflora

Die Untersuchungen der kultivierbaren Bakterien und Pilze zeigten nur geringe Unterschiede in der mikrobiellen Besiedlungsdichte bei gentechnisch veränderten und konventionellen Kartoffelpflanzen. Signifikante Unterschiede zwischen untersuchten Linen traten zwar vereinzelt auf, es konnte jedoch kein einheitlicher Trend über den Beprobungszeitraum nachgewiesen werden.

Die Zusammensetzung der bakteriellen und pilzlichen Mikroflora wurde mit einer molekularen Fingerprinttechnik analysiert. Die geringfügigen Unterschiede zwischen den Mustern im Wurzelraum, die mit statistischen Verfahren verglichen wurden, ließen nur marginale Abweichungen in den Wirkungen der einzelnen Linien und Sorten erkennen. Dabei blieben die transgenen Linien im Variationsbereich der konventionellen Sorten.

Demgegenüber konnte ein Effekt variierender Bodenbedingungen innerhalb des Versuches beobachtet werden. Wie auch andere Untersuchungen belegen, beeinflusst der Pflanzenstandort die Mikroflora im Wurzelraum wesentlich stärker als unterschiedliche Kartoffelsorten. Im Blattraum konnten zum Teil Effekte der Doppeltransformanten gezeigt werden, jedoch unterlagen auch diese jahresabhängigen Schwankungen und wurden von wechselnden Umweltbedingungen überdeckt.

Insgesamt ist bei den nachgewiesen Wirkungen auf die Mikroflora nicht von einem erhöhten Risiko auszugehen.

Identifizierung der transgenen Linien

Zur Identifizierung der transgenen Linien wurden die Insertions-Orte der transgenen DNA bestimmt. Die Insertion der Fremd-DNA im Pflanzengenom ist für jede Linie spezifisch und ermöglicht die Unterscheidung von Linien, die das gleiche Transgen tragen. Basierend auf den Sequenzen der transgenen DNA und der angrenzenden Pflanzen-DNA wurde für jede Linie ein einfaches PCR-System entwickelt (spezifische Primerbindungsstellen), das den Nachweis der einzelnen Linie ermöglicht.

Der linienspezifische Nachweis wurde innerhalb des Verbundes zur Identifizierung von Nachkommen der transgenen Linien genutzt. Darüber hinaus wurde auf Basis der gewonnen Daten ein Nachweisverfahren über einen quantitativen PCR-Ansatz in der Fa. ConGen entwickelt und erprobt.