10.07.2002

Forschung Projekte

Genetische Stabilität transgener Pappeln unter Freilandbedingungen sowie Auswirkungen der gentechnischen Veränderung auf Mykorrhiza

(1997 – 2001) Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft (BFH), Institut für Forstgenetik und Forstpflanzenzüchtung, Großhansdorf

Thema

Im Rahmen des ersten Freisetzungsversuchs mit gentechnisch veränderten Bäumen in Deutschland wurde der Frage nachgegangen, ob die neuen Merkmale über einen längeren Zeitraum und unter dem Einfluss der Umwelt genetisch stabil bleiben.

Mit Hilfe eines Markergen-Konstrukts, das den Phänotyp verändert (35S-rolC-Genkonstrukt), sollte die Stabilität fremder Gene in transgenen Pappeln geprüft werden. Neben der Überprüfung der Genstabilität transgener Pappeln sollten auch mögliche Auswirkungen auf Mykorrhiza-Pilze untersucht werden. Diese mit Bäumen in Symbiose lebenden Wurzelpilze sind von großer Wichtigkeit für das Wachstum und die Ernährung von Bäumen und letztlich für die Aufrechterhaltung eines intakten Waldökosystems.

Zusammenfassung

Die mit dem 35S-rolC-Genkonstrukt transformierten Pappeln zeigten wie erwartet einen vom Wildtyp abweichenden Wuchs. Sie waren niedriger, hatten kleinere hellgrüne Blätter und trieben früher aus. Nicht alle transformierten Klone waren genetisch stabil. Solche, die anfangs eine zweite verkürzte Kopie des Transgens im Genom enthielten, verloren das Genkonstrukt in den darauffolgenden Jahren.

Überraschenderweise zeigten die transgenen Pappeln im Vergleich zum Wildtyp nur geringe Unterschiede bezüglich der mit der Pappel in Symbiose lebenden Mykorrhiza-Pilze, obwohl Phänotyp und Physiologie der gentechnisch veränderten Pflanzen stark verändert waren. Die Untersuchungen sind jedoch noch nicht abgeschlossen.

Versuchsbeschreibung

Um zu überprüfen, ob gentechnische Veränderungen auch über Jahre stabil bleiben, wurden Pappeln mit einem Markergenkonstrukt transformiert. Dessen Effekte sind phänotypisch sichtbar, wodurch Abweichungen leicht erkannt werden können. Eingesetzt wurde ein bakterielles Gen, das rolC-Gen. Dieses Gen greift in den Hormon- und Kohlenhydrat-Stoffwechsel ein und verursacht Wuchsveränderungen.

Auf einem Versuchsfeld von 1500 m² wurden acht transgene Pappellinien (294 Einzelpflanzen) und drei gentechnisch unveränderte Kontroll-Linien (135 Einzelpflanzen) ausgepflanzt.

Teilprojekt: Stabilität des Transgens

Bonitur des Phänotyps. In regelmäßigen Abständen wurden Merkmale wie Austrieb, Höhe, Stammdurchmesser, Verzweigung, Blattgröße, Wachstumsabschluss und Blattverfärbungen bonitiert.

Kontrolle der Genexpression. Traten phänotypische Veränderungen auf, wurde eine molekulargenetische Analyse vorgenommen (u.a. PCR und Southern-Blot), um zu überprüfen, ob das Genkonstrukt noch vollständig im Genom vorliegt.

Teilprojekt: Auswirkungen auf die Mykorrhiza

Morphologische und genetische Beschreibung. Pappelwurzeln wurden vorsichtig freigelegt und Langwurzeln von einer Gesamtlänge von 100-120 cm entnommen. Anschließend erfolgte eine mikroskopische Bestimmung der unterschiedlichen Mykorrhizatypen. Morphologisch sehr ähnliche Mykorrhizen wurden einer genaueren molekularbiologischen Untersuchung unterzogen.

Inokulation von Pappelstecklingen mit Mykorrhiza-Pilzen. Im Labor wurden sterile Aspenstecklinge mit verschiedenen Mykorrhiza-Pilzen inokuliert und die Ausbildung von Mykorrhizien beobachtet.

Ergebnisse

Teilprojekt: Stabilität des Transgens

Bonitur des Phänotyps. Transgene Pappeln, die das übertragene Gen stabil integriert hatten, zeigten einen geringeren Wuchs, kleinere, hellgrüne Blätter sowie einen früheren Austrieb. Bei einigen Transformanten wurden Wildtyp-Merkmale bonitiert. Dies deutet auf eine Inaktivierung des Transgens hin. Diese Veränderungen traten in der gesamten Pflanze oder nur in Pflanzenteilen auf.

Kontrolle der Genexpression. In den transgenen Pappeln, die im Erscheinungsbild dem Wildtyp entsprachen und nicht der beabsichtigten gentechnischen Veränderung im Phänotyp konnte kein Transgen mehr nachgewiesen werden. Die stabilen transgenen Linien besaßen dagegen jeweils eine Kopie des Transgens.

Teilprojekt: Auswirkungen auf die Mykorrhiza

Morphologische und genetische Beschreibung. Es wurden insgesamt 22 verschiedene Mykorrhiza-Typen an Pappelwurzeln festgestellt, die in unterschiedlichen Häufigkeiten auftraten. Signifikante Unterschiede bezüglich Umfang und Diversität der Mykorrhizen lagen zwischen den untersuchten Pappellinien im Zeitraum 1998-2000 nur bei einem Mykorrhiza-Typ vor.

Inokulation von Aspenstecklingen mit Mykorrhiza-Pilzen. Pappelstecklinge wurden mit dem Mykorrhiza-Pilz Paxillus involutus und einem aus dem Freiland isolierten Pilz inokuliert, der Abweichungen bei der Mykorrhiza-Bildung zeigte. Paxillus involutus bildete im Labor keine Mykorrhizen aus, der Pilz aus dem Freiland entwickelte unvollständige Mykorrhizen, die sich aber für weitere Untersuchungen eignen.

Eine abschließende Zusammenfassung der Ergebnisse steht noch aus.