GABI: Ein tiefer Blick ins Gen-Bouquet der Pflanzen
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- Unter dem Dach des GABI-Förderschwerpunkts arbeiten öffentliche Forschungsinsitute und private Unternehmen zusammen an der Erforschung des pflanzlichen Erbguts. Quelle: Max-Planck-Institute für Entwicklungsbiologie
Das 21. Jahrhundert steckt voller Herausforderungen. Um sie zu meistern, braucht der Mensch die Pflanzen dringender als jemals zuvor – ob nun als Rohstoffquelle für die Industrie, als Nahrungsmittel für die wachsende Weltbevölkerung oder als Speicher für Kohlendioxidemissionen, um den Klimawandel abzumildern. Die Ansprüche an die Landwirtschaft steigen, und das nicht zu Unrecht. Denn das grüne Potenzial, das in den Pflanzen schlummert, ist riesig. Aus dieser Erkenntnis heraus unterstützt das BMBF seit den Neunzigern die „Genomanalyse im biologischen System Pflanze“. „GABI“ ermöglicht Wissenschaftlern, Mais für die deutsche Kälte zu trainieren, die Kulturpflanze Gerste komplett zu entschlüsseln, Weizen beziehungsfähig zu machen und die allerbesten Kartoffeln für Pommes frites zu finden.
Dem Weizen das Single-Dasein austreiben
Um Pflanzen mit neuen Eigenschaften zu erzeugen, nutzen Landwirte schon seit Jahrzehnten die Hybridzucht. Hierunter wird die Kreuzung von genetisch unterschiedlichen Pflanzenlinien verstanden – entweder der gleichen oder einen anderen Art. Dies führt in der Regel zum sogenannten Heterosis-Effekt, also verbesserten Eigenschaften wie optimiertem Wuchs, erhöhte Fruchtausbeute oder Stresstoleranz. Mit Hybridansätzen konnte der Ertrag bei Mais, Raps und Roggen bereits deutlich erhöht werden, allerdings gilt es stets, eine Selbstbefruchtung der Pflanzen zu verhindern.
Genetische Sterilisation des Weizens
Ein natürlicher Selbstbestäuber wie Weizen stellt die Züchter nun vor ein Problem: Hier erfolgt die Selbstbefruchtung schon vor Öffnung der Blüten. Eine Kastration auf mechanischem Wege, etwa durch die Entfernung der Fortpflanzungsorgane, fällt aus wirtschaftlichen Gründen aber aus. Um dem Weizen dennoch sein Single-Dasein abzugewöhnen, wurden stattdessen diverse chemische und genetische Ansätze der Sterilisation verfolgt, aber sie funktionieren entweder nur unzureichend oder beruhen auf dem Einsatz giftiger Reagenzien. Unter dem Dach des GABI-FUTURE-Projektes „HYBWHEAT“ setzten sich Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben nun gemeinsam mit der Nordsaat GmbH in Böhnshausen zum Ziel, die chemische Kastration des Weizens durch einen gentechnologischen Ansatz zu ersetzen.
Neue Pflanze weiterhin fruchtbar
Der Weg zu einem pollensterilen Weizen verläuft dabei in mehreren Schritten, bei dem die Pflanze am Ende zwei Fragmente eines Fremdgens aufweist, die durch eine molekularbiologische Kopplung zusammen für die Sterilität des Pollens sorgen. Dieses Vorgehen hat einen großen Vorteil: Wird eine derart veränderte Pflanze gekreuzt, erben die ertragreichen Nachkommen jeweils nur eines der beiden Genfragmente, also eine Art halbes Fremdgen. Damit bleiben die Nachkommen weiterhin fruchtbar. Das bedeutet, die Forscher schlagen zwei Fliegen mit einer Klappe: Die Nachkommen sind fruchtbar und die Ausbreitung eines funktionsfähigen Fremdgens ist per se ausgeschlossen. Für dieses System ist nun ein Proof of concept im Labormaßstab in Vorbereitung.
