Grüne Biotechnologie: Landwirtschaft

Kommen biotechnologische Verfahren in der Landwirtschaft zum Einsatz, wird von grüner Biotechnologie oder Agrobiotechnologie gesprochen. Ohne solche Methoden ist die moderne Landwirtschaft nicht mehr denkbar. Die Grundlagen hierfür legte vor allem die Pflanzengenomforschung, die in den vergangenen Jahren immer mehr Wissen zutage förderte, das sich für die Züchtung neuer Pflanzensorten gezielt nutzen lässt. 

Indirekt war die genetische Optimierung von Pflanzen aber seit jeher Ziel der Menschen, auch wenn es damals noch  nicht so bezeichnet wurde: Schon vor Jahrtausenden haben Bauern solche Pflanzen ausgewählt, die im äußerlichen Erscheinungsbild wünschenswerte Eigenschaften zeigten, und sie weiter vermehrt. Sorgsames Kreuzen und Rückkreuzen hat dabei die genetische Zusammensetzung der Pflanzen so verändert, dass sie süße Äpfel oder riesige Maiskolben produzierten. Was beim Kreuzen und Rückkreuzen auf genetischer Ebene passiert, blieb indes lange Zeit im Verborgenen – bis schließlich Gregor Mendel im 19. Jahrhundert mit seiner Vererbungslehre die Grundlage für die heutige moderne Genetik legte. Seither wurde das Geheimnis der Pflanzengene immer mehr gelüftet.

Die Ackerschmalwand ist eines der Lieblingsgewächse der Pflanzengenomforscher.Quelle: Max-Planck-Institute für Entwicklungsbiologie

Der Vorteil dieses Wissens liegt auf der Hand: Früher mussten sich die Züchter allein auf die Beobachtung und Analyse äußerlicher Merkmale sowie ihre Erfahrung verlassen, ob es sich bei der durch Kreuzung geschaffenen Pflanze um ein Objekt mit den gewünschten Eigenschaften handelt oder nicht. Wie mühsam diese Prozesse waren und auch in der heutigen Züchtung noch sind, zeigen die mitunter jahrzehntelangen Entwicklungszeiten neuer Pflanzensorten. Erst der Erkenntnisfortschritt der Genomforscher hat hier zu einem großen Wandel beigetragen. Meilensteine der grünen Biotechnologie waren folgerichtig die vollständige Erbgut-Sequenzierung der Modellpflanze Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana im Jahr 2000 und die Entschlüsselung des Reisgenoms zwei Jahre darauf.

Genomforschung als Basis für zielgerichtete Züchtung

Aufbauend auf solchen Daten können Pflanzenzüchter inzwischen nützliche Eigenschaften von Pflanzen auf genetischer Ebene bestimmen und die verantwortlichen Gene im Erbgut lokalisieren. Mit einer solchen Landkarte des Pflanzengenoms lässt sich in der Züchtung enorm viel Zeit und Geld sparen. So können mit der sogenannten Marker gestützten Selektion (MAS) Pflanzen schon sehr früh im Züchtungsprozess zielgerichtet aussortiert werden, wenn sie auf genetischer Ebene ein gewünschtes Merkmal aufweisen oder eben nicht. Damit müssen – im Vergleich zur klassischen Züchtung – nicht mehr soviele Nachkommen der Pflanzen angebaut und im Testanbau auf ihre Praxistauglichkeit geprüft werden. Gleichzeitig ist eine viel tiefergehende Analyse hinsichtlich von Wechselwirkungen verschiedener Eigenschaften möglich. Werden Sorten auf diese Weise gezüchtet, spricht man auch von Smart Breeding (Präzisionszüchtung) – und kaum ein Pflanzenzüchter verzichtet heute noch darauf.In dieser Folge der Kreidezeit erklären wir, wie man mit Smart Breeding Pflanzen mit ganz bestimmten Eigenschaften züchten kann.Quelle: biotechnologie.de

So sind die Ansprüche an die Pflanzen enorm gewachsen. Auf dem Acker haben Elite-Zuchtpflanzen oberste Priorität, die angepasst an die jeweiligen Anbau- und Klimaverhältnisse ganz spezielle Eigenschaften aufweisen. Die Zielsetzungen der Züchter haben sich dabei immer wieder geändert und gewinnen durch die Erkenntnisse in der Pflanzengenomforschung ganz neue Dimensionen. Was mit den Verfahren der klassischen Züchtung zu aufwendig, zu teuer oder schlichtweg nicht machbar war, ist heute möglich. So kann das Erbgut von Pflanzen inzwischen gezielt verändert werden – beispielsweise um ihre Abwehr gegen Schädlinge zu stärken oder ihren Ertrag bestimmter Substanzen zu erhöhen. So ist die einzige in Deutschland für den Anbau zugelassene gentechnisch veränderte Pflanze derzeit – die Stärkekartoffel Amflora –  gentechnisch so verändert worden, dass sie nur eine statt zwei Stärkesorten produziert. Die Amylose-Produktion wurde mit gentechnischen Mitteln gestoppt, Amflora wird angebaut, um daraus das für die Papierherstellung wichtige Amylopektin in Reinform zu gewinnen. Für die Industrie entfallen Aufbereitungsverfahren, die viel Wasser und Energie verbrauchen. 

Kein kommerzieller Anbau von Gentechnik-Pflanzen

Nach einigen Jahren Anbau auf kleinen Flächen wird die umstrittene Amflora hierzulande seit 2012 jedoch nicht mehr angebaut und die BASF hat ihre Forschung und Entwicklungsaktivitäten zur Grünen Gentechnik in die USA verlagert (mehr...). Im Jahr 2009 verbot die Bundesregierung den Anbau der zuvor in mehreren Bundesländern kultivierten Bt-Maissorte MON810. Die Maispflanzen produzieren in ihren Zellen ein Insektizid, das die Gewächse gegen die Raupen des weit verbreiteten Pflanzenschädlings Maiszünsler resistent macht. Vor 2009 war MON810 auf mehr als 3.000 Hektar angebaut worden. MON810 wurde 1998 nach dem damaligen Gentechnikrecht in der EU zugelassen - sowohl für den Anbau als auch als Lebens- und Futtermittel. In einigen EU-Ländern ist „Gen-Mais“ politisch umstritten. Neben Deutschland haben weitere europäische Länder Anbaustopps verhängt. Die zuständige Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) hat die Sicherheit von MON810-Mais mehrfach überprüft. In Europa wird der Bt-Mais nur in Spanien auf größeren Flächen angebaut. Weltweit lag 2013 die Anbaufläche gentechnisch veränderter Pflanzen bei 175 Millionen Hektar (mehr...). Mit rund 70 Millionen Hektar sind die USA dabei weiterhin der unangefochtene Spitzenreiter, es folgen Brasilien und Argentinien.