09.09.2005

Forschung Projekte

Transgene Apfelsorten – Ansätze zur Verhinderung von Auskreuzung und Ausbreitung

(2001 – 2005) Bundesanstalt für Züchtungsforschung an Kulturpflanzen (BAZ) (seit 2008 Julius Kühn-Institut (JKI)), Institut für Obstzüchtung

Thema

Der Kulturapfel kann sich mit zahlreichen Wildarten und verwandten Kultursippen erfolgreich auskreuzen. Die Erzeugung der ersten gentechnisch veränderten Apfellinien und die in Zukunft anstehende Kommerzialisierung transgener Apfelbäume hat die Aufmerksamkeit auf mögliche Folgen einer Auskreuzung der Transgene gelenkt.

  • Männliche Sterilität. Mit männlich sterilen Apfelzuchtlinien könnte eine Übertragung der Transgene über den Pollen auf andere Gehölze unterbunden werden. Mittels der Gentechnik ist es möglich, die Eigenschaft der männlichen Sterilität direkt in Apfelzuchtlinien einzubringen. In dem hier vorgestellten Forschungsvorhaben sollen transgene Apfelpflanzen hergestellt werden, die sich durch männliche Sterilität (keine Pollenausbildung) auszeichnen.
  • Samenlose Früchte. Des Weiteren werden gentechnische Ansätze zur parthenokarpen Fruchtentwicklung, d.h. der Bildung samenloser Früchte verfolgt. Das Vorkommen von natürlicher Parthenokarpie ist beim Apfel bekannt. Das Forschungsprojekt möchte auf diese Weise einen Beitrag zur Verhinderung der Auskreuzung von Transgenen und der unkontrollierten Ausbreitung von gentechnisch verändertem Samen in die Umwelt leisten.

Die Arbeiten haben für zukünftige gentechnische Ansätze beim Apfel eine grundlegende Bedeutung: Die Kopplung von Nutzgenen, beispielsweise Krankheitsresistenzen mit Genen für Pollensterilität bzw. Parthenokarpie würde die Nutzungsmöglichkeiten von transgenen Gehölzen erheblich erleichtern.

Zusammenfassung

Für die Erzeugung von männlich sterilen Apfelpflanzen bzw. Apfelpflanzen mit parthenokarpen Früchten wurde eine Reihe transgener Linien erstellt. Dabei wurden für die Übertragung Gene verwendet, welche bereits bei anderen Kulturpflanzen zum Erfolg geführt haben.

Diese Linien stehen zum großen Teil im Gewächshaus. Dort werden für das nächste Frühjahr die ersten Blüten erwartet. In Folgeprojekten soll an diesen Blüten dann untersucht werden, ob das angestrebte Ziel durch die Übertragung der fremden Gene erreicht werden konnte.

Zusätzlich wurde ein Gen der Birke übertragen, welches die Blütenbildung bei Apfel stimulieren soll. Mit der Übertragung dieses Gens konnten erste Erfolge erzielt werden.

Versuchsbeschreibung

Herstellung transgener Apfellinien

Einen wichtigen Schwerpunkt des Projektes stellte die Herstellung transgener Apfelliniendar. Hierbei wurden verschiedene genetische Konstrukte, die männliche Sterilität und Samenlosigkeit vermitteln, verwendet. Es wurden sowohl transgene als auch nicht-transgene Apfelpflanzen als Ausgangsmaterial verwendet. Die transgenen Apfellinien trugen bereits eine Resistenz gegenüber dem Feuerbrand, einem bedeutenden Krankheitserreger bei Obstarten.

Stabilität der gentechnischen Veränderung

Die erfolgreich transformierten Linien werden in den folgenden Jahren verschiedenen molekulargenetischen und morphologischen Untersuchungen im Labor, Gewächshaus und später im Freiland unterzogen. Insbesondere interessiert, ob Linien selektiert werden können, die die Merkmale männliche Sterilität und/oder Samenlosigkeit der Früchte stabil unter den natürlichen Umweltbedingungen des Freilandes ausbilden.

Ergebnisse

Herstellung transgener Apfellinien

Transgene Apfelpflänzchen im Glas

und im Topf

Bis jetzt wurden zahlreiche Transformationen mit verschiedenen Apfellinien und Konstrukten zur Erreichung männlicher Sterilität durchgeführt. Aus diesen Arbeiten konnten mehrere transgene Linien gewonnen werden, die bewurzelt und ins Gewächshaus überführt wurden. Dort erfolgte eine Veredlung auf im Obstbau gebräuchliche Unterlagen. Im Frühjahr 2006 werden an diesen Bäumen erste Blüten erwartet. Diese werden dann auf männliche Sterilität geprüft.

Zur Herstellung von transgenen samenlosen Apfellinien wurden Genkonstrukte verwendet, die bereits in Tomate und Aubergine zur Samenlosigkeit führten. Diese transgenen Linien werden zur Zeit bewurzelt und ins Gewächshaus überführt. Im Frühjahr 2006 wird ein Teil dieser Pflanzen auf Unterlagen veredelt. Damit sind für das Jahr 2007 erste Blüten zu erwarten, an denen dann der Erfolg der gentechnischen Veränderung untersucht werden kann.

Stabilität der gentechnischen Veränderung

Da der Apfel mehrere Jahre benötigt, um zum ersten Mal Blüten bilden zu können, wurde ein Gen der Birke übertragen, welches die Blütenbildung stimulieren soll. Dadurch soll es möglich werden, lange und aufwändige Zuchtprogramme erheblich zu verkürzen. Mit diesem Gen wurden zahlreiche transgene Linien erstellt. Ein Teil der Pflanzen blühte bereits nach wenigen Wochen. Momentan wird untersucht, ob diese Blüten funktionsfähig sind.

In den nächsten Jahren werden die transgenen Pflanzen bis zur blühfähigen Phase kultiviert und molekulargenetisch charakterisiert. An den Blütenorganen können dann morphologische Untersuchungen beginnen. Hier werden einzelne Blüten hinsichtlich Ausbildung, Vitalität und Keimfähigkeit der Pollen untersucht. Um die Stabilität der neu erworbenen Eigenschaften (männliche Sterilität) zu überprüfen, müssen diese Pflanzen über mehrere Jahre hinweg untersucht und analysiert werden.