Ewig jung und unsterblich

15.01.2013 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Normalerweise ist das Leben einer Tabakpflanze kurz.  (Quelle: © iStockphoto.com/ GoranMihajlovski)
Normalerweise ist das Leben einer Tabakpflanze kurz. (Quelle: © iStockphoto.com/ GoranMihajlovski)

Sie ist schon fast 8 Jahre alt und wächst unaufhörlich: die blütenlose Tabakpflanze in einem Gewächshaus des Fraunhofer-Instituts in Münster. Indem sie das Signal zum Blühen ausschalteten, verhalfen Wissenschaftler Tabakpflanzen zu ewiger Jugend und Unsterblichkeit. Die Technik könnte bei der Gewinnung von Biomasse zum Einsatz kommen.

Pflanzen, die unendlich lange leben und wachsen, waren bisher nur eine Fiktion aus Sciencefiction-Filmen oder Märchen. Prof. Dr. Prüfer und seine Forscher am Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie IME und an der Westfälischen Wilhelms-Universität in Münster haben sie zur Wirklichkeit gemacht. In ihren Laborgewächshäusern wachsen „Forever young“-Tabakpflanzen.

Und der Name hält was er verspricht: Die älteste Tabak-Pflanze ist bereits fast acht Jahre alt. Damit ist sie ein wahrer Methusalem unter ihren Artgenossen. Denn das Leben von Tabakpflanzen ist kurz: Sie wachsen etwa drei bis vier Monate, blühen und sterben dann. Während ihres relativ kurzen Lebens erreichen sie eine Größe von etwa eineinhalb bis zwei Metern.

Die „Forever young“-Pflanzen hingegen wachsen und wachsen und wachsen. „Obwohl wir sie regelmäßig zurückschneiden, ist unsere älteste Pflanze 6,50 Meter hoch. Würde unser Gewächshaus mehr Platz bieten, wäre sie wahrscheinlich noch größer. Ihr Stammdurchmesser liegt bereits bei 10 Zentimeter“, so Prof. Dirk Prüfer, Abteilungsleiter für Funktionelle und Angewandte Genomik am IME. Die Blätter, die weit unten am Stamm sitzen, werden nicht wie die ihrer Artgenossen gelb und fallen ab, sondern bleiben frisch und grün.

Blühzeitpunkt verschoben

Wie verhelfen die Forscher diesen Tabakpflanzen zu ewiger Jugend? „Wir modifizieren die Expression eines bestimmten Gens derart, dass der Blühzeitpunkt nach hinten verschoben wird“, erläutert Prüfer. Dieses Gen ist ein Hauptregulator der Blütenentwicklung und wird als Flowering Locus T (FT) bezeichnet.

In den meisten Pflanzenarten regt das Protein, das von diesem Gen codiert wird, die Blütenbildung an. „Beim Tabak ist es allerdings genau umgekehrt“, so Dr. Gundula Noll, Projektleiterin im Forscherteam um Prof. Prüfer. In Nicotiana tabacum unterdrückt das aktive FT-Protein die Blütenbildung. „In der Tabakpflanze führt das Einschleusen dieses Gens außerdem dazu, dass die Pflanze unendlich wächst und nicht mehr abstirbt“, erklärt Dr. Noll. Das veränderte FT-Gen schleusen die Forscher über das Agrobacterium tumefaciens wieder in die Pflanze ein. Das Bakterium dient quasi als Shuttle-Service für das modifizierte Gen.

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Dirk Prüfer und seine Kolleginnen Gundula Noll (re.) und Lena Harig (li.) mit ihrem Tabak im Jungstadium.

Dirk Prüfer und seine Kolleginnen Gundula Noll (re.) und Lena Harig (li.) mit ihrem Tabak im Jungstadium.

Bildquelle: © Fraunhofer IME

Produktion von Biomasse steigern

Das Prinzip Pflanzen zur Unsterblichkeit und zu unbegrenztem Wachstum zu verhelfen, lässt sich auch auf andere Pflanzenarten übertragen. Momentan arbeiten die Wissenschaftler im Auftrag der Industrie an Kartoffelpflanzen. Mit ihrem Wissen bringen die Experten die Nutzpflanzen dazu, sehr viel mehr Biomasse zu produzieren. Im Fall der Kartoffeln heißt das sehr viel mehr Stärke.

Um die Versorgung mit Nahrungsmitteln und pflanzlichen Rohstoffen zu sichern, müsse sich der Ertrag pro Hektar bis 2050 verdoppeln, so eine Forderung des Bioökonomierates der Bundesregierung. „Diesem Ziel kommt man mit der neuen Technologie ein großes Stück näher“, so Prüfers Einschätzung. Vielversprechend sei das Verfahren allerdings nur bei Pflanzen, bei denen es nicht auf die Blüten ankommt, wie etwa bei Zuckerrüben. Bei Raps oder Getreide mache dies zum Beispiel keinen Sinn.

Dass die Pflanzen nicht blühen, hat einen enormen Vorteil: Ohne Blüten produzieren die Pflanzen auch keine Samen oder Pollen. Die Gewächse können sich daher nicht vermehren und somit auch nicht ungeplant ausbreiten. „In unseren Breiten würden die Pflanzen spätestens im Winter auf den Feldern ohnehin durch die Witterungsbedingungen absterben“, so Prof. Prüfer. Für eine landwirtschaftliche Nutzung eignen sich derartige Pflanzen jedoch bisher noch nicht, da sie erst aufwendig, vegetativ vermehrt werden müssten.

Blühen über Licht anschalten

Doch die Wissenschaftler haben noch ein Ass im Ärmel: Bei früheren Experimenten hatten sie Zufallsmutationen in Tabakpflanzen erzeugt und dabei einen ähnlichen Phänotyp beobachtet. Eine Pflanze verfügte nachder Mutation eines Gens ebenfalls über ein unendliches Wachstum. Kultivierten die Forscher jedoch diese Pflanze unter Kurztagbedingungen (8 Stunden Licht, 16 Stunden Dunkelheit), blühte sie und bildete Samen aus. Momentan arbeiten die Forscher daran, den molekularen Schalter für dieses Phänomen zu finden. Dieser könnte dann auch für andere Pflanzen nutzbar gemacht werden.

Ohne Gentechnik

In einem weiteren Schritt wollen die Forscher künftig auch versuchen, die Wachstumsgrenzen der Pflanzen über eine chemische Mutagenese auszuschalten– diese Ansätze gelten als gewöhnliche Züchtung. Damit entfallen aufwendige und vor allem teure Zulassungsverfahren wie diese bei gentechnischen Ansätzen notwendig werden. Die chemischen Zusätze, führen zu Punktmutationen in der DNA-Abfolge im Samenkorn. „Doch dazu“, sagt Prüfer, „müssen wir die Deregulation der Gene zunächst noch besser verstehen.“ Im kommenden Jahr, so hofft der Wissenschaftler, könnten die Züchtungs-Untersuchungen starten. Dann wären auch herkömmliche Pflanzen in der Lage, hoch hinauszuwachsen.

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