Pioniere der Grünen Gentechnik

04.11.2009 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Ackerschmalwand (Bild: © MPI-Z Köln)
Ackerschmalwand (Bild: © MPI-Z Köln)

Ein wichtiger Schritt für die Grüne Gentechnik erfolgte dank der Forschung am Kölner Institut für Züchtungsforschung 1983. Durch die Entdeckung von Bodenbakterien, die Gene auf Pflanzen übertragen können. Heute geht es bei der Arbeit am Institut auch um verträgliche Pflanzenschutzstrategien und Nutzpflanzen, die gegen Umwelteinflüsse und Krankheiten gewappnet sind. Mithilfe statistischer Verfahren aus DNA-Sequenzanalysen sollen kontinuierlich umfangreiche Genkarten erstellt werden. Sozusagen ein Fahrplan im System einer Pflanze, der aufzeigt, wo wie optimal gezüchtet werden kann.

MAX-PLANCK-GESELLSCHAFT: Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung (MPIZ) 

Köln/Berlin – Kann Pflanzenzüchtung eines Tages eine rationale, vorhersehbare Wissenschaft werden? Mit dieser Frage stellt George Coupland, Wissenschaftliches Mitglied und Direktor am Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung (MPIZ) in Köln, eine anspruchsvolle Aufgabe an die 367 Mitarbeiter am Institut. Gleichzeitig ist es auch diese Überlegung, die das tägliche Forschergeschäft in Nordrhein-Westfalen vorantreibt, dem Institut eine führende Position auf dem Gebiet molekulare Pflanzenbiologie einbringt und auch Wissenschaftler weltweit beschäftigt. Die Antwort darauf bleibt die moderne Züchtungsforschung freilich noch schuldig. Doch der Weg dahin wird geebnet von Einrichtungen wie dem Kölner Max-Planck-Institut. Untersuchungen an Modellpflanzen bringen Verständnis um molekulare Mechanismen, die sich innerhalb einer Pflanze abspielen. Die Anwendung dieser Erkenntnisse auf Nutzpflanzen könnte theoretisch eine nachhaltige Landwirtschaft schaffen und Ressourcenknappheit entgegenwirken. Bereits seit 1927 legten Vorläufereinrichtungen des MPIZ durch die Züchtungsforschung wichtige Grundlagen für dieses Vorhaben.

Mit Bodenbakterien zu Wegbereitern auf dem Gebiet der Grünen Gentechnik

Das Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Köln betreibt molekularbiologische Grundlagenforschung und  will wirkungsvolle Züchtungsmethoden und umweltverträgliche Pflanzenschutzstrategien für Nutzpflanzen erforschen. Die Ausrichtung der Schwerpunkte am Institut hat sich mit dem Wechsel der Führungspositionen über die Jahre ständig geändert. 1927 wurde das Institut für Züchtungsforschung durch die wissenschaftliche Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft gegründet. Als Direktor zeichnete Erwin Baur verantwortlich, der als bekannter Pflanzengenetiker die Pflanzenvirologie begründete und die Plastidenvererbung entdeckte. Unter seiner Feder wurden viele Neuzüchtungen am Institut durchgeführt, wie z.B. die bitterstofffreie Lupine. 1961 erfolgte die erste große Neuorientierung. Weg vom Anwendungsorientierten hin zur Grundlagenforschung. Diese Einstellung passt zur gemeinnützigen, renommierten Forschungsgröße Max-Planck-Gesellschaft, die ausschließlich in den Grundlagen tätig ist. Im  Jahr 1948 wurde das Institut für Züchtungsforschung in die nach dem Zweiten Weltkrieg als Nachfolger der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft gegründete Max-Planck-Gesellschaft integriert und fungiert seit 1951 unter dem heutigen Namen. Seit 1978 konzentriert sich die Einrichtung ganz auf die molekulargenetische Grundlagenforschung, doch teilweise auch um ihre Anwendung in der Pflanzenzüchtung. Zu den besonderen Erfolgsgeschichten zählt hier die Methode des Gentransfers mithilfe des Bodenbakteriums Agrobacterium tumefaciens aus dem Jahr 1983. Diese Entdeckung, die unter anderem durch den damaligen Direktor des MPIZ, dem Belgier Jozef Schell geleistet wurde, war ein Stück Pionierarbeit im Beginn der Grünen Gentechnik. Seit 2008 leitet der Niederländer Maarten Koornneef das MPIZ als Geschäftsführer und steht auch der Abteilung „Pflanzenzüchtung und Genetik“ vor.

Wie reagieren Pflanzen auf Krankheiten und Umwelteinflüsse?

Die Forschungseinrichtung besteht heute aus vier verschiedenen Abteilungen, zwei unabhängigen Forschungsgruppen und vier wissenschaftlichen Servicegruppen. In den Abteilungen arbeiten 150 Wissenschaftler und Nachwuchswissenschaftler. Die Abteilung „Molekulare Phytopathologie“ untersucht Vorgänge in Modellpflanzen und geht der Frage nach wie das pflanzliche Immunsystem auf Krankheitserreger reagiert. Hauptsächlich erforschen die Wissenschaftler Pflanzenkrankheiten am Beispiel Pilz. Langfristig soll in dieser Abteilung eine pflanzliche Immunkarte entstehen, die so gelesen werden kann, dass Vorhersagen auf Pathogenreaktionen gemacht werden können. In der „Entwicklungsbiologie der Pflanzen“ forschen Mitarbeiter an einem anderen Einfluss, dem Pflanzen neben Krankheitserregern ausgesetzt sind, dem der Umwelt. Die pflanzliche Entwicklung wird schwerpunktmäßig am Beispiel der Ackerschmalwand beobachtet. Da die Arabidopsis thaliana aufgrund ihrer vollständigen Gensequenzierung besonders gern untersucht wird, geraten andere Modellpflanzen oft in den Hintergrund. Mehr und mehr gewinnen am MPIZ jedoch auch andere Modellpflanzen an Bedeutung für die Züchtungsarbeit, die Entwicklungsprozesse aufweisen, die in der Ackerschmalwand nicht vorkommen. Beispielsweise werden auch die Gerste und die Pharbitis nil untersucht. Egal an welcher Pflanze, im Fokus der Forschung steht der Zeitpunkt der Blütenbildung, bzw. die Möglichkeit einer Steuerung der Bildung.

Molekulare Pflanzengenetik: ab 2010 neue Abteilung 

Das Department „Pflanzenzüchtung und Genetik“ bevorzugt neben der Ackerschmalwand die Kartoffel und die Tomate als Modellpflanzen für ihre Arbeit. Hier analysieren Spezialisten genetische und molekulare Eigenschaften in den Versuchsobjekten. Dabei sollen auch Erkenntnisse über die genetische Diversität gewonnen werden, die für die Agrarwissenschaft von Bedeutung sein wird. Bis zuletzt gab es die Abteilung „Molekulare Pflanzengenetik“, die hauptsächlich Blütenentwicklung und ihre Evolution untersuchte. Im Jahr 1990 wurde hier unter Prof. Heinz Saedler

der erste Freilandversuch mit gentechnisch veränderten Pflanzen (Petunien mit veränderter Blütenfarbe) in Deutschland durchgeführt. Momentan ruht die Arbeit in dieser Abteilung, da der verantwortliche Kopf, Prof. Saedler, zum 1.Juli emeritiert wurde. Eine neue Abteilung soll 2010 ihre Arbeit aufnehmen. 

Survival of the Fittest: nur der beste Nachwuchs schafft es in die Research School

In Zukunft möchte das Institut seine Forschungsschwerpunkte auf die Entschlüsselung von Mechanismen natürlicher genetischer Variabilität, der Biodiversität und der chemischen Genetik setzen. Zudem ist eine Modernisierung der Klimakammern und Gewächshäuser angedacht. Eine verstärkte Automatisierung der Mutanten- und DNA-Analysen soll zusätzlich gefördert werden. Innovationsträchtig, modern und zeitgemäß sieht es auch für den Nachwuchs aus: seit 2001 besteht die International Max Planck Research School (IMPR) in Köln, eine Initiative die Kooperationen mit mehreren Einrichtungen und interdisziplinären Forschungsbereichen betreibt. Das Dreijahresprogramm kooperiert mit der Universität Köln, sowie mit Partnerinstituten in Frankreich (Institute for Plant Sciences in Gif sur Yvette), Polen (Institute of Bioorganic Chemistry in Poznan) und Ungarn (Biological Research Centre in Szeged). Doch nur die talentiertesten und ehrgeizigsten Wissenschaftler erhalten einen Doktorandenplatz. Schließlich sollen legitime Nachfolger für Schell & Co. „gezüchtet“ werden. Derzeit kommen 70% der aktuellen Doktoranden aus dem Ausland. Eine interessierte Öffentlichkeit kann übrigens jederzeit nach Anmeldung bei der „WisenschaftsScheune“ des Instituts vorbeischauen. Mit diesem neuen Konzept von Öffentlichkeitsarbeit stellt sich das Institut gezielt als Einrichtung zum Anfassen und Erleben dar. Und das Angebot kommt an. In drei Stunden können Gruppen aktuelle Forschungsthemen des MPIZ beobachten und werden spielerisch an komplizierte Sachverhalte herangeführt. So z. B. in der Werkstattinsel, in der man selbst DNA aus Tomaten extrahieren kann. 

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