Stabilität von Fremdgenen in Tabakpflanzen

(1985 – 1991) Institut für Genetik und Kulturpflanzenforschung (IPK), Gatersleben

Thema

Eine züchterische Nutzung gentechnischer Verfahren ist nur dann sinnvoll, wenn die übertragenen Fremdgene über viele Generationen stabil bleiben. Dazu sollten wichtige Fragen geklärt werden:

  • Mit welcher Häufigkeit werden Fremdgene in den Nachkommen inaktiviert?
  • Welche Mechanismen sind für genetische Instabilität verantwortlich?

Zusammenfassung

In fast allen Nachkommen der Tabaklinien war das Fremdgen aktiv. Lediglich in 0,01 bis 0,1% der Nachkommen wurde das Fremdgen inaktiviert.

Bei den Nachkommen einer der Linien wurde das Fremdgen mit zunehmendem Pflanzenalter inaktiviert. Parallel dazu wurde eine zunehmende Methylierung des Fremdgens beobachtet. (Unter Methylierung versteht man die Anlagerung einer Methylgruppe an die DNA. Dieser Vorgang kann zu einer Inaktivierung des betreffenden Gens führen.)

Versuchsbeschreibung

Es wurden über Agrobakterien-vermittelten bzw. direkten Gentransfer hergestellte Tabaktransformanten untersucht. Dabei wurden verschiedene Vektoren verwendet, die alle ein Kanamycinresistenz-Gen als Marker enthielten.

Zunächst wurde anhand von Selbstungen und Kreuzungen der Transformanten die Anzahl der aktiven Integrationsorte bestimmt. Transformanten mit nur einem aktiven Integrationsort wurden weiter untersucht. Mit Hilfe des Kanamycinresistenz-Gens wurden die aus verschiedenen Rückkreuzungen hervorgehenden Keimlinge geprüft, ob in ihnen das Fremdgen in aktiver Form vorhanden war.

Die Nachkommen einer inaktiven Linie wurden auf Methylierung des Fremdgens (über Southern-Hybridisierung) untersucht.

Ergebnisse

Es wurden insgesamt 22 transgene Tabaklinien in die Untersuchung einbezogen.

Bis auf eine Ausnahme wurde das Fremdgen bei allen Linien nur in wenigen der Nachkommen inaktiviert. Im Normalfall blieb die Expression in den Folgegenerationen gleich hoch. Die Inaktivierung war zwar höher als die Mutationsraten „normaler“ Pflanzengene, die transgenen Pflanzen waren aber dennoch für die Pflanzenzüchtung geeignet.

Die Inaktivierung wurde weder vom verwendeten Vektor noch von der verwendeten Transformationsmethode beeinflusst.

In den Nachkommen einer der transgenen Linien wurde das Fremdgen – nach zunächst stabiler Vererbung – mit dem Pflanzenalter zunehmend inaktiviert. Die Inaktivierung wird von einer Zunahme der Methylierung des Fremdgens begleitet.

Danach lässt sich nicht ausschließen, dass andere transgene Linien bei extremer Alterung oder unter Stressbedingungen einen dramatischen Anstieg der Fremdgen-Inaktivierung zeigen, obwohl sie bei der üblichen Fortpflanzung durch junge Blüten über viele Generationen relativ stabil erschienen. Jede transgene Linie, die für eine züchterischen Nutzung vorgesehen ist, sollte einer genauen Stabilitätsprüfung unterworfen werden.