Pflanzenzüchtung - Wissenschaftsjahr 2020/21 - Bioökonomie

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27.03.2020

Pflanzenzüchtung für umweltschonende Anbausysteme

Kurz & Knapp
  • Ölraps mit verringertem Phytinsäuregehalt (pflanzeneigener Phosphatspeicher) trägt zur umweltfreundlichen Landwirtschaft bei.
  • Mit der CRISPR-Cas-Technologie können punktgenaue Veränderungen am Erbgut vorgenommen werden. Sie ist unverzichtbar, um schnell und effizient Nutzpflanzen mit neuartigen Eigenschaften zu erzeugen.
  • Eine Änderung der rechtlichen Vorschriften für die Nutzung von Mutanten in der Landwirtschaft ist dringend notwendig.

Pflanzenzüchtung für umweltschonende Anbausysteme

Ein Beitrag von Christian Jung, Christian-Albrechts Universität zu Kiel

Pflanzen speichern in ihren Samen Phosphat in Form von Phytinsäure. Dieser Phosphatspeicher wird bei der Keimung aktiviert, um die weitere Entwicklung der Pflanze zu ermöglichen.

Phytinsäure kann im Verdauungstrakt vieler Nutztiere – zum Beispiel von Schweinen – nicht verwertet werden, weil ihnen die dafür nötigen Enzyme fehlen. Somit steigt die Belastung von Boden und Gewässern mit Phosphat, wenn die tierischen Exkremente später in den Boden gelangen. Außerdem bindet Phytinsäure wichtige Mineralien, was zu Mangelerscheinungen bei der Ernährung/Fütterung führen kann.

Ein Lösungsansatz ist das Ausschalten der Gene, die für die Phytinsäure-Speicherung im Samen verantwortlich sind. Die mutagene Veränderung der Gene kann entweder durch Zufallsmutagenese mit Hilfe chemischer Substanzen oder durch gezielte Mutagenese mittels CRISPR-Cas-Technologie erfolgen.

Köpfe des Wandels

Prof. Dr. Christian Jung studierte Agrarwissenschaften an der Georg-August-Universität Göttingen und promovierte dort 1984. 1992 habilitierte er sich im Fach Botanik an der Ludwig-Maximilians-Universität München. Seit 1993 ist Christian Jung Professor für Pflanzenzüchtung an der Christian-Albrechts-Universität in Kiel.

Mehrere Gene des Phytinsäure-Stoffwechselweges wurden mutagen verändert. Da aber die Bildung von Phytinsäure in mehreren Schritten erfolgt und daran mehrere Enzyme beteiligt sind, hatte die Mutagenese einzelner Gene keinen Effekt.

Wenn allerdings mehrere Gene gleichzeitig ausgeschaltet wurden, konnte eine deutliche Verringerung des Phytinsäuregehaltes in den Samen festgestellt werden. Die Keimfähigkeit wurde dadurch nicht beeinflusst.

Das lässt die Schlussfolgerung zu, dass die gezielte Mutagenese mittels CRISPR-Cas-Technologie der Zufalls-Mutagenese weit überlegen ist. Zum einen können gleichzeitig mehrere Gene verändert werden. Zum anderen gibt es keine unerwünschten Zufallsmutationen im Rest des Genoms. Diese summierten sich im Falle der chemischen Mutagenese zu durchschnittlich 50.000 Mutationen pro Pflanze, was zu drastischen Nebeneffekten wie vermindertem Wuchs und geringerer Stresstoleranz führte.

Es stehen nun Prototypen für die züchterische Verbesserung des Ölraps zur Verfügung. Allerdings können in Europa nach EU-Recht nur Mutanten nach chemischer Mutagenese für die Pflanzenzüchtung verwendet werden, weil alle CRISPR-Cas-Mutanten als gentechnisch verändert Pflanze gelten und somit de facto einem Nutzungsverbot unterliegen.

Die hier veröffentlichten Inhalte und Meinungen der Autorinnen und Autoren entsprechen nicht notwendigerweise der Meinung des Wissenschaftsjahres 2020/21 – Bioökonomie.​