Präzise molekulare Chirurgie im Pflanzengenom

25.04.2012 - Deutschland

Nutzpflanzen werden seit jeher durch Züchtung an die Bedürfnisse des Menschen angepasst, um etwa größere Früchte zu tragen, Trockenheit standzuhalten oder Schädlingen zu widerstehen. Die Grüne Biotechnologie stellt neue Werkzeuge an die Seite der klassischen Zuchtmethoden und verbessert die Pflanzeneigenschaften so schneller und effizienter. Im Fachjournal PNAS stellen Botaniker des KIT nun ein biotechnologisches Verfahren vor, mit dessen Hilfe Geninformationen präziser und verlässlicher in pflanzliches Erbgut eingebaut oder verändert werden können.

Im Zentrum des neuen Verfahrens steht einer der natürlichen Reparaturmechanismen von Pflanzen. Die sogenannte homologe Rekombination repariert das Erbgut in dem Fall, dass die Erbgutstränge in der Zelle vollständig durchreißen. „Wir erzeugen daher zunächst durch ein passendes Enzym, also eine molekulare Schere, einen Schnitt an der richtigen Stelle im Erbgut und sorgen dann dafür, dass auch genau der richtigen Flicken zur Reparatur parat liegt“, sagt Friedrich Fauser vom Karlsruher Institut für Technologie und Erstautor der PNAS-Veröffentlichung. „Teil des Flickens ist das neue Gen-Stück, das wir einbauen wollen. Den Rest erledigt der Reparatur-Service der Zelle von alleine.“

Durch diesen Kniff wird das Verfahren, das „in planta Gene Targeting“ (IPGT) genannt wird, sehr zuverlässig und baut die neue Erbinformation sauber und präzise an der gewünschten Stelle im Ergbut ein. Zudem ist IPGT im Prinzip bei jeder Pflanzenart anwendbar. „Das ist ein großer Vorteil zu bisherigen Methoden, die nur bei bestimmten Pflanzen funktionieren und zudem eine Menge Ausschuss produzierten“, erklärt Professor Holger Puchta, Leiter des Lehrstuhls Molekularbiologie und Biochemie der Pflanzen des Karlsruher Instituts für Technologie. „Dank der richtigen molekularen Scheren und Flicken sowie unter Ausnutzung des natürlichen Flick-Prozesses der Zelle ist IPGT etwa 100-mal effizienter als bisherige Verfahren.“

Mit den Versuchen an der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) ist den Forschern des KIT nun in Kooperation mit der Firma SunGene GmbH, einer Tochtergesellschaft der BASF Plant Science mit Sitz in Gatersleben, der prinzipielle Nachweis gelungen, dass IPGT bei Pflanzen funktioniert. „Der nächste Schritt zur breiteren Anwendung in der Biotechnologie wird es sein, das Prinzip auch auf andere Pflanzen zu übertragen und passende Scheren und Flicken zu entwickeln“, so Puchta. So können etwa die bekannten vorteilhaften Eigenschaften von Wildarten schnell auf Kulturpflanzen übertragen werden. Langfristiges Ziel der Wissenschaftler ist es, die natürlichen Ressourcen für die Produktion von Nahrung und pflanzlichen Rohstoffen optimal zu nutzen.