Pflanzenzüchtung - Wissenschaftsjahr 2020/21 - Bioökonomie

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.

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.