Neugier und Spaß sind die besten Voraussetzungen

19.09.2011 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Prof. Heinz Saedler (Quelle: Saedler / Max Planck-Institut für Züchtungs-forschung)
Prof. Heinz Saedler (Quelle: Saedler / Max Planck-Institut für Züchtungs-forschung)

Heinz Saedler ist ein Pionier der Transposon-Forschung und leidenschaftlicher Wissenschaftsvermittler. Im August 2011 erhielt er für beide Tätigkeiten das Verdienstkreuz erster Klasse des Verdienstsordens der Bundesrepublik Deutschland. Pflanzenforschung.de sprach mit Heinz Saedler über sein ereignisreiches Forscherleben.

Pflanzenforschung.de: Professor Saedler, was bedeutet für Sie die Verleihung des Verdienstkreuzes erster Klasse?

Prof. Saedler: Zunächst war ich sehr überrascht, da in der Nachricht keine Begründung für die Verleihung aufgeführt war. Erst in der Laudatio anlässlich der Übergabe des Ordens klärte sich das. Meine wissenschaftlichen Arbeiten wurden gewürdigt, sind jedoch inzwischen beendet, aber meine Tätigkeit in der WissenschaftsScheune ist noch relativ jung, umso größer die Freude und der Stolz, den ich empfinde, dass auch diese Arbeit bereits gewürdigt wird. Ja, man kann sagen Stolz und Ansporn bedeutet mir die Verleihung des Verdienstkreuzes.

Pflanzenforschung.de: In der Laudatio hieß es, Sie haben das Kölner Max-Planck-Institut zu einem der international renommiertesten Zentren für Pflanzenforschung entwickelt. Was macht denn heute international bedeutsame Pflanzenforschung aus?

Prof. Saedler: Das war eine Gemeinschaftsarbeit mit meinen Kollegen Klaus Hahlbrock, Francesco Salamini, dem verstorbenen Jeff Schell und all unseren Mitarbeitern, die Köln in den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts zu einem internationalen Zentrum der molekularen Pflanzenforschung machten. Das heutige Kollegium (Paul Schulze-Lefert, George Coupland und Maarten Koornneef, mein Nachfolger steht noch aus) ist ebenfalls international besetzt, und es hat bereits neue Ziele in der Pflanzenforschung definiert und ist die für ihre Realisierung erforderlichen Strukturen bereits angegangen.

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Professor Saedler erläutert die fünf wichtigsten Merkmale der Mais-Domestikation.

Professor Saedler erläutert die fünf wichtigsten Merkmale der Mais-Domestikation.

Bildquelle: © MPI-Z

Die Liste der Themen für international bedeutsame Pflanzenforschung ist lang und sehr divers. Da viele sehr unterschiedliche Technologien für deren Bearbeitung erforderlich sind, die in ihrer Fülle nicht mehr vom einzelnen Forscher beherrscht werden können, sind entsprechende Service-Einrichtungen notwendig. Der Aufbau und Betrieb einer Vielzahl derartiger Service-Units wird die Pflanzenforschung antreiben. Institute, die hiermit gut ausgerüstet sind, werden international attraktiv sein.  

Zum Beispiel: Ganze Genome zu sequenzieren wird bald auch in der Pflanzenzüchtungsforschung Standard sein. Dies wird letztendlich evolutionäre Beziehungen vieler Pflanzenarten aufdecken, aber auch Züchtungsziele schneller realisieren lassen. Die Bearbeitung der hierbei anfallenden Datenflut ist noch ein lohnendes Betätigungsfeld.

Pflanzenforschung.de: Sie selbst haben ihre Karriere in der Genetik mit Studien mobiler DNA-Elemente, der Transposons, begonnen. Ist die Bedeutung dieser Elemente heute abschließend verstanden?

Prof. Saedler: Viele spontane Mutationen im Galaktose-Operon vonEscherichia coli werden durch kleine DNA-Insertionen hervorgerufen wie unsere molekularen Analysen 1968 erstmalig zeigten. IS-Elemente, die später Transposons genannt wurden, sind Bestandteile der Genome aller bislang untersuchten Organismen. Ihre Haupteigenschaft liegt in ihrer Beweglichkeit, sie können im Genom herumwandern und dabei in andere Gene hinein springen und derart Mutationen auslösen. Heute wissen wir, dass ca. 80 Prozent aller spontanen Mutationen durch Transposons verursacht werden, das gilt auch für Menschen und Pflanzen.

Obwohl die Beweglichkeit dieser genetischen Elemente im Prinzip verstanden ist, würde man doch gerne ihre Beweglichkeit kontrollieren können; nicht um sie ganz abzustellen, denn ohne Mutation geht es in der Evolution nicht, aber zu viele Mutationen können tödlich sein, Stichwort Tumore. Um ihre Frage daher zu beantworten: Im Prinzip ja, aber es bleibt noch Einiges zu tun.

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Genetische Diversität bei Mais entsteht auch durch Transposons.

Genetische Diversität bei Mais entsteht auch durch Transposons.

Bildquelle: © Rita Köhler / pixelio.de

Pflanzenforschung.de: Wie kamen Sie in den 1980er Jahren zur Pflanzengenetik?

Prof. Saedler: Die genetischen Eigenschaften IS-Element-induzierter bakterieller Mutanten sind auffallend ähnlich den instabilen Mutanten in Mais und in Antirrhinum, dem Löwenmäulchen. Beide mutieren spontan häufig zum Phänotyp des Wildtyps zurück und verursachen hierdurch ein mosaikes Erscheinungsbild. Barbara McClintock hatte derartige Mutationen beim Mais, die sie „controlling elements“ nannte, genetisch untersucht und hierfür 1983 den Nobelpreis verliehen bekommen. Von Neugier getrieben reifte bei mir der Entschluss, die Berufung der Max-Planck-Gesellschaft zur Übernahme der Leitung einer Abteilung zu nutzen, um ein neues Arbeitsgebiet zu initiieren: Die molekulare Analyse von instabilen Mutationen bei Mais und Antirrhinum.

Das Ergebnis jahrelanger Bemühungen war eindeutig: Pflanzliche Transposons entsprechen bakteriellen IS-Elementen. Schnell wurde klar, das neben ihrer biologischen Funktion – der Auslösung von Mutationen – sie auch vorzügliche Werkzeuge zur Isolierung von Genen sind. Mit ihrer Hilfe können alle Gene, in die sie hinein springen, isoliert werden, wie etwa das A1-Gen der Anthozyan-Biosynthese aus Mais.

Pflanzenforschung.de: Mit Ihrer Arbeit haben Sie auch Grundlagen für die Grüne Gentechnik gelegt und selbst schon vor mehr als 20 Jahren Freilandversuche mit transgenen Petunien durchgeführt.

Prof. Saedler: Der gentechnologische Transfer des A1-Gens aus Mais in eine geeignete weißblühende Petunienmutante ergab lachsrot blühende Petunien. Zur damaligen Zeit waren wir sehr an Transposons aus verschiedenen Pflanzen interessiert. Aus genetischen Untersuchungen wusste man, dass Transposons auch in Petunien vorkommen. Das Mais A1-Gen sollte als Falle dienen. Springt ein Petunia-Transposon hinein, dann sollte anstelle der lachsroten Blütenfarbe diese Petunie jetzt wieder weißblühend sein, aber aufgrund der Wanderlust der Transposons während der Entwicklung der Pflanze würde man eine lachsrot gesprenkelte  Blüte erwarten. Weil solche instabilen Mutationen selten sind, wurde ein großes Feld der lachsroten Petunien ausgebracht, denn es wurde nur eine Handvoll Mutanten erwartet. Das Ergebnis dieses Freilandversuchs war überraschend. Es gab zu viele gesprenkelte Pflanzen, und die molekulare Analyse ergab: Nicht Transposons, sondern DNA-Methylierung war die Ursache für ihr gemustertes Erscheinungsbild. Umwelteinflüsse hatten zur DNA-Methylierung und damit zur Abschaltung des A1-Gens während der Entwicklung der Pflanze geführt. Ein neues wissenschaftliches Betätigungsfeld war eröffnet.

Pflanzenforschung.de: Wie bewerten Sie heute die Technologie?

Prof. Saedler: Transgene Nutzpflanzen werden molekular genau überprüft und ihre Eigenschaften werden in Feldversuchen getestet. Es gibt keine belegbaren Hinweise, dass von ihnen, bei richtiger Verwendung, eine Gefahr für Mensch und Umwelt ausgeht. Der Anbau von 148 Millionen Hektar transgener Nutzpflanzen weltweit im Jahr 2010 spricht eine eindeutige Sprache. Insbesondere die Schwellen- und Entwicklungsländer scheinen vom Anbau dieser neuen Generation von Nutzpflanzen zu profitieren. So konnten indische Kleinbauern durch den Anbau von Bt-Baumwolle ihre Einkünfte 2009 pro Hektar um 135 US-Dollar erhöhen, in China gar um 470 US-Dollar je Hektar.

Der Anbau geeigneter transgener Nutzpflanzen ist global weiter auf dem Vormarsch und scheint in Teilen der Welt sehr hilfreich auch für die ärmere Bevölkerung zu sein.

Pflanzenforschung.de: Die Gentechnik hat es Ihnen ja auch ermöglicht, die Blütenbildung der Pflanzen zu erforschen.

Prof. Saedler: Ende der 1980er Jahre begannen wir uns für die Blütenentwicklung von Antirrhinum majus zu interessieren, denn in dieser Spezies gab es viele entsprechende Mutanten. Die Defiziens-Mutante, zum Beispiel, wies Blüten auf, in denen die Kronblätter inKelch- und die Staub- in Fruchtblätter homöotisch umgewandelt waren. Da die Mutation durch ein Transposon verursacht war, traten unter den Nachkommen häufig wieder Pflanzen mit Wildtyp-Blüten auf. Differentiell isolierte cDNA-Klone konnten daher relativ einfach getestet werden, ob sie dem Wildtyp-Defiziens-Gen entsprachen. Die Transposon-induzierte Mutation diente der Identifikation des molekular isolierten Gens. Dies war der Einstieg in ein Studium der Entwicklung der Blütenbildung. Es stellte sich bald heraus, dass für die Blütenbildung ein Netzwerk von interagierendenTranskriptionsfaktoren, vornehmlich aus der MADS-Box-Genfamilie, verantwortlich zeichnete. Die Entschlüsselung der Spielregeln nach denen die Faktoren miteinander, aber auch mit Mitgliedern anderer Genfamilien interagieren sowie die Analyse der Hierarchie dieser Interaktionen beschäftigte bald viele Laboratorien in aller Welt, und sie ist immer noch Gegenstand vieler Publikationen.

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Die vom Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung gegründete WissenschaftsScheune will Wissenserwerb mit Spaß verknüpfen. Im Bild: Prof. Saedler führt eine Schülergruppe durch den Schaugarten.

Die vom Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung gegründete WissenschaftsScheune will Wissenserwerb mit Spaß verknüpfen. Im Bild: Prof. Saedler führt eine Schülergruppe durch den Schaugarten.

Bildquelle: © MPI-Z

Pflanzenforschung.de: Wie lässt sich das Wissen darüber praktisch nutzen?

Prof. Saedler: Ich denke, die jungen Leute von heute werden noch viele interessante Szenarien finden, daher möchte ich mich auf zwei recht unterschiedliche Beispiele beschränken, die wir vor langer Zeit bereits verwirklicht haben. MADS-Box-Gene, wie viele andere Gene auch, werden zum Teil sehr spezifisch ausgeprägt, so Def H9 aus Antirrhinum in den weiblichen Geschlechtszellen. Transgene Pflanzen, die das bakterielle iaaM-Gen in den Ovulen mit Hilfe des DefH9-Promoters exprimieren, bilden samenlose Früchte.Parthenokarpie konnte so zum Beispiel bei Tomaten und Auberginen erzeugt werden.

Völlig anders funktioniert die Nutzung des codogenen Teils der MADS-Box-Gene. In der Blütenbildung können sie wie Bausteine eines Spielkastens genutzt werden. Beispielsweise führte die Ausprägung von DefA und Glo aus Antirrhinum in den Kelchblättern von Tabak zu einem neuen Phänotyp, einem Tabak mit zwei Wirteln von Kronblättern. Dieses neue und sehr schöne Design ist jedoch so neu gar nicht, denn die Evolution hat dies bei den Tulpen genau so eingerichtet.

Pflanzenforschung.de: Nach der Gentechnik sind Sie vor Jahren noch in ein zweites Streitthema hineingeraten. In der Max-Planck-Gesellschaft gab es Ärger, weil einer Ihrer Mitarbeiter sich kritisch mit der Evolutionstheorie auseinander gesetzt hat. Zweifeln Sie an Darwin?

Prof. Saedler: Kritische Auseinandersetzungen mit Theorien sind zu begrüßen, allerdings im Falle naturwissenschaftlicher Theorien sollte eine Überprüfbarkeit der Argumente gegeben sein. Intelligent Design als Erklärung für die Entstehung allen Lebens scheint mir rein religiös motiviert zu sein. Ich zweifele nicht an der Evolutionstheorie.

Pflanzenforschung.de: Neben Ihrer Leidenschaft für die Forschung haben Sie noch ein zweites Steckenpferd, das bei der Verleihung des Verdienstkreuzes ebenfalls hervorgehoben wurde: Ihr Engagement für die Vermittlung hoch komplexer Forschung an Nachwuchswissenschaftler und die breite Öffentlichkeit.

Prof. Saedler: Anlässlich des ersten Freilandversuches mit transgenen Petunien 1990 war die Öffentlichkeit über die Ziele des Versuchs in einer Anhörung ein Jahr zuvor informiert worden. Dennoch zeigte sich Unverständnis und Unbehagen in Teilen der Bevölkerung. Die Wissenschaft musste aus ihrem Elfenbeinturm heraus. Zielsetzung war daher, die Forschungsinhalte des Max-Planck-Instituts für Züchtungsforschung (heute: Pflanzenzüchtungsforschung) in verständlicher Weise, zunächst für Schüler aufzubereiten. Die breite Öffentlichkeit wurde über Nutzpflanzen in unserem neu angelegten Schaugarten informiert, denn die mangelnden Kenntnisse der Städter über Nahrungspflanzen waren schon auffällig. Darüber hinaus entwickelten wir „MPIZ aktuell“, eine Informationsreihe zu Forschungsthemen und ein Vorläufer des „BIOMAX“ der MPG, speziell für Leistungskurse Biologie der Gymnasien. Mitte der 1990er Jahre folgte dann das Projekt „KölnPUB“ (Publikum und Biotechnologie), eine Studie zur Entwicklung eines Wissenschaftszentrums für die Öffentlichkeit, das später zum Schülerlabor wurde.

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Das WiS besteht aus einem Schaugarten und einer Scheune auf dem Gutshof in unmittelbarer Nähe des Instituts.

Das WiS besteht aus einem Schaugarten und einer Scheune auf dem Gutshof in unmittelbarer Nähe des Instituts.

Bildquelle: © MPI-Z

Pflanzenforschung.de: Eines anderes Ihrer Projekte erwähnten Sie bereits: Die WissenschaftsScheune in Köln. Was verbirgt sich dahinter?

Prof. Saedler: In den letzten fünf Jahren entwickelten wir dieWissenschaftsScheune (WiS). Sie ist eine Einrichtung des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung, bestehend aus dem bereits erwähnten Schaugarten und einer Scheune auf dem Gutshof, in unmittelbarer Nähe des Instituts. Das Wesentliche der WiS ist die Kombination von Aktivitäten draußen, an und mit lebenden Pflanzen, und drinnen mit Modellsystemen und Spielen. Im Vordergrund steht das neue Konzept „Wissenserwerb macht Spaß“.

Durch Zielgruppen-spezifische Angebote – bis zu zwölf Personen bilden eine Gruppe – wollen wir wissenschaftliches Denken und Arbeiten erfahrbar machen, in dem wir unter anderem auch die Forschungsthemen des MPIPZ transparenter darstellen. Die bislang wählbaren Themen sind in Stationen drinnen und draußen gegliedert. Viele Stationen schließen mit einem Selbstüberprüfungsspiel ab. Ein Multiple-Choice-Fragebogen gilt es zu beantworten und entsprechende Puzzle-Steine anzuordnen. Entsteht auf der Rückseite ein konsistentes Bild, dann sind alle Fragen richtig beantwortet.

Da unterschiedliche Zielgruppen die WiS besuchen (Kindergärten, Grundschulen, Sekundarstufen I und II, Studenten, Professoren, sowie die allgemeine Öffentlichkeit) werden vorab Gespräche zur Auswahl der Stationen geführt. Je nach Zielgruppe steht uns pädagogisch und wissenschaftlich geschultes Personal zu Verfügung.

Pflanzenforschung.de: Erlebnisausstellungen, Kinderunis, Science Slams – sind Sie mit Ihrer Forderung nach mehr Austausch zwischen Forschung und breiter Öffentlichkeit am Ziel?

Prof. Saedler: Wann ist man schon am Ziel, es sei denn beim Wettlauf. Es gibt immer Verbesserungen und Erweiterungen. Wichtig erscheint mir hier jedoch etwas anderes. Ähnliche Einrichtungen sollten auch andernorts eingerichtet werden, und ihr Betrieb sollte nachhaltig sichergestellt werden. Neugier und Spaß am Wissenserwerb sind beste Voraussetzungen für eine Verbesserung des Listenplatzes auf der OECD-Bildungsskala.

Pflanzenforschung.de: Vielen Dank für das Gespräch!

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Die WissenschaftsScheune: Station „Mais – eine Pflanze der Götter“

In der Station „Mais – eine Pflanze der Götter“ wird in einer nachgebauten  Höhle die Schöpfungsgeschichte des Menschen, so wie die Maya Indianer sie überliefert haben, erfahrbar. Wie die Götterwelt der Maya an der Entwicklung von Mais beteiligt war, kann man ebenso erfahren, wie die Entstehung und der Niedergang der Hochkultur der Maya. Ferner wird der Domestikationsprozess von Teosinte zu Mais nachvollziehbar. 

Je nach Zielgruppe wird eine detaillierte Diskussion und Demonstration der im Verlauf der Domestikation erfolgten Merkmalsänderungen sowohl auf phänotypischer als auch auf molekularer Ebene aufgezeigt.  Schlussendlich ist eine große Vielfalt von Maissorten zu sehen. Wie heute die Hochleistungssorten mittels Hybridsaatzucht gezüchtet werden ist dann im Schaugarten zu sehen. Diskussionen über gesellschaftspolitische Probleme werden oft von den Besuchern initiiert.

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Die WissenschaftsScheune: Station „Zufall und Notwendigkeit“

In der molekularen Station „Zufall und Notwendigkeit“ geht es um Mutation und Selektion also um Evolution. Wir beginnen mit einem Wurf-Spiel, bei dem der Besucher mit einem Magnetpfeil versucht, ein Gen auf einer Dartscheibe zu treffen. Die Trefferquote ist gering. Die Gruppe macht daher die Erfahrung: Mutationen sind selten.

Nun beschäftigen sich die Besucher mit der Natur von Mutationen und was sie verändern. Eine DNA-Sequenz wird de-kodiert. Hier sind die Besucher gefragt, eine ihnen vorliegende Wild Typ DNA-Sequenz mittels des genetischen Codes zu lesen. Es überrascht nicht, dass der Text lautet: Mutationen sind selten.

Nun findet in diesem Text eine Deletionsmutation statt mit dem Ergebnis, dass der Text nunmehr lautet: Mutationen sind wichtig in der Evolution. Die große Frage ist: Was ist hier passiert? 

Nachdem das geklärt ist, gehen wir in den Garten und sehen und diskutieren Selektion an Hand der Domestikation von Kohl und allen selektionierten Varianten. Es wird schnell deutlich, dass Selektion bei Nutzpflanzen relativ einfach nachzuvollziehen ist, da der Mensch die Auswahl trifft.

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