An der Spitze steht das Reich der Mitte

Kleines Trendbarometer zu CRISPR/Cas

19.12.2017 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Laut einer aktuellen Analyse wird die CRISPR/Cas-Technologie häufig bei der Nutzpflanze Reis eingesetzt. (Bildquelle: © Aomorikuma/Wikimedia.org/CC BY-SA 4.0)
Laut einer aktuellen Analyse wird die CRISPR/Cas-Technologie häufig bei der Nutzpflanze Reis eingesetzt. (Bildquelle: © Aomorikuma/Wikimedia.org/CC BY-SA 4.0)

Rückblicke und Rankings erfreuen sich besonders zum Jahresende immer großer Beliebtheit. Auch in der Wissenschaft lassen sich so einige Trends ausmachen, die zeigen, wohin die Reise geht. Nun liegt eine Übersicht zum Einsatz von CRISPR/Cas für einen Teilbereich der Pflanzenwissenschaften vor.

Seit 2012 ist die CRISPR/Cas-Technologie mehrmals international zu einem der wichtigsten Durchbrüche gekürt worden. Sie zählt heute schon zu den „Top-Ten-Breakthroughs“. Jetzt liegt auch ein erstes Ranking vor, das die wichtigsten Anwendungsgebiete der Technologie für einige Bereiche der Pflanzenzüchtung zeigt. Der Einsatz in der Grundlagenforschung wurde dabei noch ausklammert. Für die Erstellung des Rankings wurden 52 Artikel seit 2014 ausgewählt, die ein Peer-Review-Verfahren durchlaufen haben und sich gezielt mit der Optimierung von relevanten Merkmalen bei Nutzpflanzen mithilfe von CRISPR/Cas befassen.

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Das Kreisdiagramm zeigt die Zahl der Publikationen pro Pflanzenart innerhalb der 52 untersuchten Studien. 

Quelle: © Agnès Ricroch/Emerging Topics in Life Sciences/CC BY 4.0

Die Autorinnen weisen darauf hin, dass die 52 Artikel kein vollständiges Abbild aller Aktivitäten darstellen. Sie sind aber das Ergebnis einer schlagwortbasierten Abfrage in mehreren Publikationsdatenbanken. Dabei kombinierten sie Schlagworte zur CRISPR-Technologie wie „CRISPR“ und „CAS“ mit Suchworten wie „Plant“ (Pflanze), „Vegetal“ (Gemüse), „Spermatophyt“ (Samenpflanze), „Cereal“ (Getreide) oder „Crop“ (Nutzpflanze).

Worauf kommt es an?

Das erste Fazit lässt sich zu den Pflanzen-Merkmalen ziehen, die am häufigsten mit CRISPR/Cas beeinflusst wurden. Diese lauten in der Reihenfolge der Häufigkeit Ertrag, Nährstoffgehalt (Biofortifikation) und Stresstoleranz. Zur letztgenannten Eigenschaft zählen Krankheitsresistenzen, Herbizidresistenzen und erhöhte Widerstandfähigkeit gegen Umweltfaktoren wie Hitze oder Trockenheit.

Interessant ist auch, von welchen Pflanzenarten die 52 Studien handeln. Mit 20 Publikation steht Reis (Oryza sativa) an der Spitze, gefolgt von Tabak (Nicotina sp.) mit sechs Beiträgen. Mit jeweils drei Studien teilen sich Mais (Zea mays), Tomate (Solanum Lycopersicum), Arabidopsis thaliana und Leindotter (Camelina sativa) den dritten Platz. Insgesamt stehen 18 Pflanzenarten auf der Liste, darunter auch die Getreide Weizen (Triticum aestivum) und Gerste (Hordeum vulgare).

Wo steht Europa?

Dass ausgerechnet Reis (Oryza Sativa) das Ranking anführt, lässt sich leicht erklären. 42 % der Studien stammen aus China. Erst dann folgen auf den Plätzen zwei und drei die USA (19 % der Studien) bzw. Europa (17 %). Die restlichen Studien kommen aus Japan, Israel, Saudi-Arabien, Türkei, Südkorea, den Philippinen und Indien. Während die meisten Publikation zu Mais - wie zu erwarten - aus der USA kommen, beschäftigt man sich in Europa stärker mit den Modellpflanzen Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) und Tabak  (Nicotiana tabacum).

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Überblick über die Zahl der Publikationen in Bezug auf die Region, aus der die jeweiligen Forscherteams stammten, und die untersuchte Pflanzenart.

Quelle: © Agnès Ricroch/Emerging Topics in Life Sciences/CC BY 4.0

Ein Blick ins Labor

Die Trendanalyse blickt auch auf die unterschiedlichen Arbeitstechniken in den Laboren: Meistens werden als Vektoren  TI-Plasmide eingesetzt, darüber hinaus aber auch Protoplasten-Transfer, biolistische Transformation (Gen-Kanone) und virale Vektoren. Was die Frage betrifft, ob CRISPR/Cas eher genutzt wird, um Gene auszuschalten (Knockout) oder Sequenzen einzufügen (Insertion) oder zu ersetzen, steht unter dem Strich ein Sowohl-als-auch.

Zwei Ziele im Trend

Zwei Trends lassen sich aus den 52 Publikationen ableiten. Überwiegend werden stabile und vererbbare Mutationen für neue Pflanzenmerkmale erzeugt. Der zweite Trend ist die Herstellung von transgenfreien Nutzpflanzen. Dabei gibt es aber große regionale Unterschiede. Transgenfreie Pflanzen sind häufiger in China und Europa das Ziel der Forschungsarbeiten. Bei zehn der insgesamt 22 Studien aus China bzw. fünf von neun Studien aus Europa ist das der Fall.

Anders in den USA. Bei den zehn ausgewerteten Studien entstanden mit einer Ausnahme immer Pflanzen mit fremden Erbinformationen. Die Autorinnen erklären sich das u. a. mit unterschiedlichen Regulierungsvorschriften von gentechnisch veränderten Pflanzen in den jeweiligen Regionen. Als möglicher Vorsatz für 2018 würde es sich nun anbieten, ein ähnliches Ranking zum Einsatz von CRISPR/Cas in der Grundlagenforschung zu erstellen. Interessant wäre es allemal.

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