01.07.2010

Forschung Projekte

Entwicklung einer Plastidentransformationstechnologie für Mais

(2008 – 2011) Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie Potsdam

Thema

In der Sicherheitsbewertung transgener Pflanzen spielt eine mögliche Übertragung der neu eingeführten Gene über Pollen oder Samen eine wichtige Rolle. Weltweit werden daher Strategien entwickelt, um den Gentransfer durch Pollen oder Samen gezielt zu verhindern (biologisches Confinement).

Plastidentransformation stellt eine der Möglichkeiten dar, die Ausbreitung von Transgenen über den Pollen zu verhindern bzw. weitestgehend einzuschränken. Bei diesem Verfahren werden neue Gene in die DNA der Plastiden eingebaut. Die Vererbung der Plastiden erfolgt bei den meisten landwirtschaftlichen Nutzpflanzen über die Mutter, d. h. nicht über den Pollen.

Bei den weltweit wichtigsten Kulturpflanzen, den Getreiden, ist die Plastidentransformation bislang noch nicht gelungen. Das liegt u.a. daran, dass die Selektionsschritte, die durchgeführt werden müssen, damit alle Pflanzenzellen homoplasmatisch sind, d.h. ausschließlich transgene Plastidengenome enthalten, bei Getreidearten nur schwer durchzuführen sind. In einem Vorläuferprojekt ist es bereits gelungen, für Mais ein neues Gewebekultursystem aus Blättern zu entwickeln, das mehrere Selektions- und Regenerationsrunden zulässt. Mit diesem Gewebe konnte eine Transformation des Zellkerns mit hoher Frequenz durchgeführt werden. Ziel dieses Projektes ist es nun, aufbauend auf diesen Ergebnissen eine Transformationstechnologie für Mais-Plastiden zu entwickelt.

Informationen zum Verfahren:

Versuchsbeschreibung

Maiskalli, die sich aus klein geschnittenen Maisblättern entwickelt haben, auf einem sterilen Nährmedium.

Ein einzelner Maiskallus.

Maispflänzchen, das sich aus einem Kallus regeneriert hat.

Durch den Beschuss von Zellmaterial (Kallus) und Blättern von Maispflanzen mit der Partikelkanone (Gene gun) wird ein Teil der Plastiden transformiert. Die für die Transformation verwendeten Genkonstrukte enthalten zwei Markergene, die Antibiotikaresistenzen vermitteln. Dadurch wird die Selektion transformierter Zellen verbessert. Zur Gewinnung homoplasmatischer Pflanzen durchlaufen die Linien mehrere Selektions- und Regenerationsrunden. Zur Optimierung des gesamten Verfahrens werden wichtige Parameter variiert:

  • Einsatz von verschiedenen Maislinien
  • Parameteroptimierung bei der Transformation mit der Gene gun (Druck, Abstand zur Probe usw.)
  • Variation der Selektionsbedingungen durch unterschiedliche Antibiotikakonzentrationen

Die Linien, bei denen die Plastidentransformation erfolgreich durchgeführt wurde, werden mit Hilfe molekularer und genetischer Untersuchungen charakterisiert. Am Ende der Arbeiten steht eine erste biotechnologische Testanwendung, der Einbau von Genen für Bt-Toxine in das Chloroplastengenom von Mais.

Ergebnisse

Zu Beginn des Projektes wurden verschiedene Genkonstrukte zur Transformation der Maisplastiden entwickelt und konstruiert. Sie enthalten die möglichen Selektionsmarkergene sowie ein Reportergen (GFP) in verschiedenen Kombinationen. In Eigenarbeit wurde eine Gene gun entwickelt und gebaut, um die verschiedenen Parameter bei der Transformation flexibler optimieren zu können. Die Optimierung der Parameter wurde abgeschlossen.

Die Experimente zur Optimierung der Selektionsbedingungen wurden ebenfalls abgeschlossen, so dass mit den Plastidentransformations- und Selektionsexperimenten begonnen werden kann.

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