30.10.2002

Forschung Projekte

Untersuchungen zur Genexpression in transgenen Zuckerrüben/Mangold-Hybriden

(1996 – 1998) Biologische Bundesanstalt (BBA) für Land- und Forstwirtschaft (seit 2008 Julius Kühn-Institut (JKI)), Institut für Pflanzenvirologie, Mikrobiologie und biologische Sicherheit; Braunschweig

Thema

Aufgrund der engen biologischen Verwandtschaft können transgene Zuckerrüben über Pollen auf Mangold auskreuzen. Mögliche Folgen eines solchen Gentransfers sollten in diesem Forschungsprojekt abgeschätzt werden.

Durch gezielte Handbestäubung wurden Hybriden von transgenen virusresistenten Zuckerrüben und Mangold erzeugt. An diesen Pflanzen und ihren Nachkommen wurden folgende Fragen untersucht:

  • Ändert sich die Genexpression im Laufe der Entwicklung der Pflanzen bzw. bleibt sie unter verschiedenen Standort- und Klimabedingungen stabil?
  • Wie verhält sich die Expression des Hüllproteins (virales Protein) unter Rizomania-Befalls- und Nichtbefallsbedingungen?

Die transgenen Zuckerrüben, mit denen die Mangold-Hybriden erzeugt wurden, enthielten neben dem Gen für das Hüllprotein des Rizomania-Virus, welches eine Resistenz gegen dieses Virus vermittelt, ein Markergen (nptII) sowie ein Gen für eine Herbizidresistenz (bar-Gen).

Zusammenfassung

  • Während die Expression des Herbizidresistenz-Gens durchgehend stabil blieb, scheint die Ausprägung des unter Kontrolle des 35S-Promotors stehenden Virusresistenz-Gens stark von Sonneneinstrahlung und Temperatur abzuhängen. An heißen Tagen mit langer Sonnenscheindauer wurde in etwa der Hälfte der transgenen Pflanzen ein fast vollständiges Abschalten des Virusresistenz-Gens beobachtet.
  • Die Ursache für die Inaktivierung konnte nicht aufgeklärt werden.
  • Nicht abschließend beantwortet wurde die Frage, inwieweit der Grad der Virusresistenz von der Genexpression abhängig ist.

Versuchsbeschreibung

Untersucht wurden Pflanzen aus Freilandversuchen eines anderen Forschungsprojekts:

  • transgene virusresistente Zuckerrüben/Mangold-Hybriden an einem Rizomania-Befallsstandort (Mainz) und einem Nicht-Befallsstandort (Aachen),
  • Mangoldpflanzen und nicht-transgene Zuckerrüben/Mangold-Hybriden als Kontrolle,
  • am Befallsstandort zusätzlich nicht-transgene Zuckerrüben einer gegenüber dem Rizomania-Virus anfälligen Sorte.

Während der Vegetationsperiode wurden regelmäßig Schosser entfernt, um Pollentransfer auszuschließen.

Um den Einfluss verschiedener Entwicklungsstadien und Klimabedingungen auf die Expression des Hüllprotein-Gens zu erfassen, wurden in regelmäßigen Abständen Blatt- und Wurzelproben genommen.

Die Expression des Hüllprotein-Gens und die Rizomania-Infektion der Pflanzen vom Befallsstandort wurde mittels ELISA nachgewiesen. Die Genexpression des Herbizidresistenz-Gens wurde durch Enzymtests untersucht. Mittels PCR wurde das Vorhandensein der Transgene in den Hybriden geprüft.

Ergebnisse

Genexpression im Verlauf der Pflanzenentwicklung und unter verschiedenen Standort- und Klimabedingungen

  • In beiden Freisetzungsjahren (1995 und 1996) wurde bei allen transgenen Hybriden zu allen Probeterminen eine gleichbleibend stabile Expression des Herbizidresistenz-Gens gefunden.
  • Aufgrund messtechnischer Probleme (bei ELISA) konnten 1995 nur sehr niedrige Mengen an Rizomania-Hüllprotein gemessen werden. Eine Unterscheidung zwischen exprimierenden und nicht exprimierenden Pflanzen war daher kaum möglich.
  • Die Tendenz, dass die Expression bei geringerer Temperatur und weniger Sonneneinstrahlung höher war, konnte 1996 mit höheren Werten bestätigt werden. Die Expression des Hüllprotein-Gens war stark vom Zeitpunkt der Probenahme abhängig.

Expression unter Befalls- und Nichtbefallsbedingungen

  • Ob es eine Korrelation zwischen Genexpression und Grad der Virusresistenz gibt, konnte nicht abschließend geklärt werden, da der Virusbefall auf den Versuchsfeldern unregelmäßig war. Sogar die meisten der Virus-anfälligen Kontrollpflanzen wurden nicht infiziert. Unter diesen Umständen war bei den transgenen virusresistenten Pflanzen eine verringerte Infektionsrate zu beobachten.

Vereinzelt (ca. eine von 28) wurden transgene Pflanzen mit einer starken Virusinfektion gefunden. Bei diesen funktionierte der Virenschutz nicht, weil vermutlich das Hüllprotein-Gen inaktiviert war und daher das Hüllprotein nicht gebildet wurde.

Häufig ist eine DNA-Methylierung (chemische Modifizierung) die Ursache für eine Inaktivierung von Genen. Daraufhin wurden die betreffenden transgenen Pflanzen im Bereich des Hüllprotein-Gens genauer untersucht. Es konnte jedoch in dem untersuchten DNA-Bereich keine Methylierung gefunden werden. Die fehlende Expression des Hüllproteins hat also vermutlich andere Gründe.