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Züchtung mit Hilfe grüner Gentechnik

Viele Nutzpflanzen werden von Schädlingen angegriffen. Besonders der Mais hat unter dem Maiszünsler und dem Maiswurzelbohrer zu leiden. Da Insektenvernichtungsmittel nur begrenzt wirksam sind, haben Forscher der Maispflanze Selbstverteidigung beigebracht.

Bei gentechnisch veränderten oder transgenen Pflanzen handelt es sich um Pflanzen, in deren Erbgut ein oder mehrere Gene aus einer anderen Pflanze oder einem anderen Organismus eingebracht worden sind. Diese Gene können entweder die Ausprägung einer neuen Eigenschaft bewirken (z.B. einer Resistenz gegen Krankheiten) oder ein bereits vorhandenes Merkmal der Pflanze verstärken oder abschwächen (z.B. die Unterdrückung der Produktion von Amylose bei der Kartoffel). Vor allem außerhalb Europas ist die grüne Gentechnik etablierter Bestandteil der Pflanzenzüchtung.

Poster "Bt-Mais"Mais mit Selbstverteidigungsgen

Viele Landwirte leiden unter Ernteeinbußen, weil ihre Maispflanzen vom Maiszünsler befallen worden sind. Die Larven dieses Insektes bohren sich in den Stängel der Maispflanze und stören somit den Wasser- und Nährstofftransport aus der Wurzel in die oberen Pflanzenteile. Manchmal kommt es auch zum Bruch des Maisstängels und damit  zum vollständigen Absterben der Pflanze.

Ein wirksames Mittel gegen die Larven des Maisbohres ist ein Protein, das auch Bt-Toxin genannt wird. Seinen Namen verdankt es dem Bakterium Bacillus thuringiensis, welches dieses Protein produziert. Bt-Toxine, von denen es viele verschiedene Varianten gibt, werden nur im Darm der Larven aktiv. Dort wird die inaktive Vorstufe in ein aktives, toxisches Protein umgewandelt. Dieses greift die Darmwand an und löst sie schließlich auf, die Larven sterben ab.

Schon seit 1938 werden Bt-Toxine zum Pflanzenschutz in der Landwirtschaft eingesetzt, indem sie als Proteinlösung auf die Pflanzen gespritzt werden. Diese Bekämpfung ist aber nur in der sehr kurzen Zeitspanne zwischen dem Schlüpfen der Larven und ihrem vollständigen Eindringen in den Stängel der Maispflanze möglich. Danach kann den Schädlingen das Pflanzenschutzmittel nichts mehr anhaben.

Mit Hilfe von Gentechnik ist es Wissenschaftlern gelungen, ein Gen, welches für das Bt-Toxin kodiert, in das Genom der Maispflanze einzubringen. Die Pflanze kann jetzt selber das für den Maiszünsler giftige Protein bilden und sich somit gegen ihren größten Feind verteidigen.

Entgegen vieler Befürchtungen ist das Bt-Toxin für Menschen, Tiere und Fische nicht giftig. In unserem Magen kann die harmlose Protein-Vorstufe (die vom Mais gebildet wird) nicht in das giftige Protein umgewandelt werden. Außerdem befinden sich an unseren Darmzellen andere Rezeptoren, so dass Bt-Toxine sich nicht an die Zellen anheften und sie demzufolge auch nicht zerstören können. Bt-Toxine schützen auch Baumwollpflanzen und Kartoffeln.

Weitere Zuchtziele

Neben der Resistenz gegen Schädlinge gibt es noch weitere Zuchtziele, die mit Hilfe von Gentechnik verfolgt werden oder sogar bereits erreicht worden sind. Dazu gehören:

  • Herbizidresistenz
  • Trockentoleranz
  • Pflanzen mit veränderten Inhaltsstoffen

 

Eine Herbizidresistenz erleichtert die Unkrautbekämpfung auf den Feldern. Trockentolerante Pflanzen verbessern in Ländern mit wenig Niederschlag, also vor allem in Afrika, die Ernteerträge. Pflanzen mit neuen Eigenschaften können sowohl in der Industrie als auch in Ländern mit Mangelernährung von Bedeutung sein. Das wohl bekannteste Beispiel ist der Goldene Reis, der in seinen Körnern Beta-Carotin (Provitamin A) produziert. In vielen asiatischen Ländern, in denen Reis das Hauptnahrungsmittel für die Bevölkerung ist, leiden besonders Kinder an Vitamin A-Mangel. Der Goldene Reis soll diesen Mangel bekämpfen und die Kinder vor dem Erblinden bewahren.

 

Steckt in meinem Essen Gentechnik drin?

In Deutschland und großen Teilen der EU gibt es seit 2013 keinen Anbau von gentechnisch veränderten Pflanzen im Freiland. Hier beschränkt sich der Einsatz gentechnischer Methoden auf die Forschung im Labor. Weltweit findet dagegen ein umfangreicher Anbau von genetisch veränderten Organismen (GVO) statt, wie z.B. in Nord- und Südamerika, China und Indien. Zu den hauptsächlich genutzten transgenen Pflanzen zählen u.a. Mais, Soja, Baumwolle und Raps, die zum Teil auch in der EU zugelassen sind und somit zur Herstellung von Futter- und Lebensmitteln genutzt werden dürfen. Für Produkte aus diesen Pflanzen gilt in der EU eine Kennzeichnungspflicht, d.h. Produkte, die GVO-Anteile enthalten, müssen für den Verbraucher sichtbar und verständlich gekennzeichnet werden.

Der Umgang mit gentechnischen Methoden ist europaweit gesetzlich reguliert, ebenso wie der Anbau und die Einfuhr von gentechnisch veränderten Futter- und Lebensmitteln. Eine Zulassung für diese Produkte muss durch die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA), die EU-Kommission und für Deutschland vom Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) genehmigt werden. In Deutschland überwachen und kontrollieren die Behörden der Bundesländer die Einhaltung der Kennzeichnungspflicht. Hierfür gibt es verschiedene Verfahren.

Um nachzuweisen, ob man es mit gentechnisch veränderten Pflanzen, Lebens- oder Futtermitteln zu tun hat, gibt es verschiedene analytische Verfahren, wie die Polymerase-Kettenreaktion (PCR). Dieser Nachweis findet auf DNA-Ebene statt, d.h. hier wird die neu eingefügte DNA Sequenz direkt nachgewiesen.
Im Fall des GVO-Nachweises wird eine spezielle Form der PCR durchgeführt, die sogenannte quantitative PCR. Diese ermöglicht neben dem Nachweis des neu eingebrachten Gens in eine Pflanze auch eine Ermittlung der DNA-Menge in einem bereits verarbeiteten Lebensmittel, wie beispielsweise Brot.
Eine andere Technik wird durch sogenannten Markergene möglich. Ein solches Markergen wird zusätzlich zu dem eigentlichen neuen Gen in die Pflanze eingebracht (vergleiche Transformation/Genkassette) und verleiht der Pflanzen einen Vorteil, wie z.B. eine Antibiotikaresistenz. Diesen Vorteil nutzt man ursprünglich, um zu überprüfen, ob das gewünschte neue Gen erfolgreich in die Pflanze eingebracht wurde, aber auch zum Nachweis von GVO kann man sich diese Eigenschaft nun zunutze machen. Hierfür sammelt man die Samen von zu untersuchenden Pflanzen und sät diese beispielsweise auf einem antibiotikahaltigem Substrat neu aus. Stammen die zu untersuchenden Samen von gentechnisch veränderten Pflanzen können sie hier auskeimen, andernfalls nicht.

Positiv ist nicht gleich positiv – auch Nachweisverfahren haben ihr Grenzen

Viele GVOs werden nach einem ähnlichen Muster hergestellt, d.h. für die Start- oder Stoppsequenzen in der Genkassette des verwendeten Plasmids werden jeweils die gleichen Informationen (DNA-Sequenzen) genutzt. So kann bei einem Nachweisverfahren, wie der PCR, gleichzeitig auf ganz verschiedene GVOs getestet werden. Diese allgemeine Überprüfung kann allerdings auch zu falsch-positiven Ergebnissen führen, d.h. ein positives Ergebnis bedeutet nicht gleich, dass man einen GVO identifiziert hat.

Gründe für falsch-positive Signale gibt es viele. Wird z.B. der sogenannte 35S-Promotor für die Untersuchung genutzt, ist eine natürliche Verunreinigung bei der Probennahme im Feld nicht auszuschließen. Der 35S-Promotor stammt von dem Blumenkohlmosaikvirus, welches ein Pflanzenvirus ist, das verschiedene Gewächse der Kreuzblütler-Familie, wie verschiedene Kohlarten, Rettich, Radieschen und Kohlrabi, befällt. Ein Befall der zu untersuchenden Pflanzen durch diesen Virus würde also ebenfalls zu einem positiven Ergebnis in der PCR-Analyse führen. Die Wahrscheinlichkeit für solch eine Kontamination ist nicht zu verachten, wenn man bedenkt, dass durchschnittlich ca.  50% des Blumenkohls und 10% des Kohls von diesem Virus befallen sind.

Darüber hinaus kann es zu einer Verunreinigung der Probe durch fehlerhaften Umgang mit Proben und Referenzmaterial, durch fehlerhaften Gebrauch von Laborequipment, wie mehrfache Verwendung von Pipetten oder während des Transports kommen. Auch die Auswahl von richtigen Primern ist eine schwierige Aufgabe und kann zu fehlerhaften Ergebnissen führen. Da ein Primer nur eine sehr kurze Sequenz hat, muss diese eindeutig sein, so dass sie spezifisch an das zu untersuchende Gen bindet und nicht zu anderen DNA-Bereichen in der Probe passt.

Ein zweifelsfreier Nachweis kann nur durch eine gezielte PCR erfolgen, die das fremde Gen direkt identifiziert. Für diesen Nachweis muss die DNA-Sequenz des Gens allerdings genau bekannt sein.

 

Verweise
Transformation