Pflanzen im Reagenzglas

Gentechnologie – Die Erweiterung des nutzbaren Genpools

Klassische Züchtung – auch wenn sie neue molekularbiologische Verfahren einsetzt – kann nur die genetische Variabilität innerhalb einer Pflanzenart nutzen. Mit gentechnischen Methoden ist es möglich, einzelne Gene zu übertragen, ohne dass ein Befruchtungsvorgang stattfinden muss. Dadurch können die Kreuzungsbarrieren zwischen den Arten überwunden werden. Für die Züchtung ergeben sich dadurch vielfältige neue Möglichkeiten.

Sojafeld in Brasilien (Rio Grande do Sul)

Sojaanbau in Südamerika: Fast ausschließlich „mit Gentechnik“. Auf Sojafeldern in Südamerika (hier in Brasilien) werden zu weit über neunzig Prozent gentechnisch veränderte herbizidtolerante Pflanzen angebaut.

Foto: Wikimedia Commons

Anbauflächen gentechnisch veränderter Pflanzen nach Ländern

Anbauflächen gentechnisch veränderter Pflanzen: Die wichtigsten Länder

Grafik: pigurdesign/transgen.de Titelfoto: i-bio

Seit Mitte des 20. Jahrhunderts ist bekannt, dass alle Lebewesen die gleichen Mechanismen und Moleküle nutzen, um Erbinformation zu speichern und weiterzugeben. In den 1970er Jahren entwickelten Molekularbiologen Verfahren, mit denen Fragmente der Erbsubstanz DNA im Labor isoliert, neu kombiniert und in das Genom lebender Zellen eingebracht werden können. Seitdem besteht die Möglichkeit, Gene über Artgrenzen hinweg zu übertragen. Zunächst wurden nur Bakterien gentechnisch verändert, dann auch tierische und pflanzliche Zellen.

Um Pflanzen gentechnisch zu verändern, nutzt man am häufigsten das Bodenbakterium Agrobacterium tumefaciens und dessen besondere Fähigkeiten. In der Natur lösen Agrobakterien bei Pflanzen Wucherungen aus, sogenannte Wurzelhalsgallen. Die Bakterien infizieren einzelne Zellen und schleusen die genetische Information für die Bildung der Wurzelhalsgallen in das Pflanzengenom ein. Im Labor kann man diese genetische Information austauschen und die Agrobakterien dazu benutzen, ein oder mehrere gewünschte Gene zu übertragen.

Eine andere verbreitete Methode ist die Partikelkanone. Hier wird die zu übertragende Erbinformation auf winzige Gold- oder Wolframpartikel aufgebracht, die mit hohem Druck auf Pflanzenzellen „geschossen“ werden. Wie auch bei der Genübertragung mit Agrobakterien werden aus den behandelten Zellen vollständige Pflanzen regeneriert, in denen jede Zelle die neue, zusätzliche Erbinformation trägt.

Um verfolgen zu können, ob die Genübertragung erfolgreich war, werden in der Regel sogenannte Markergene mit übertragen. Sie verleihen den Pflanzen eine zusätzliche Eigenschaft, mit deren Hilfe man sie leicht erkennen kann, häufig eine Resistenz gegen ein Antibiotikum. In der öffentlichen Diskussion wurde immer wieder die Befürchtung geäußert, diese Markergene könnten bei der Zersetzung oder Verdauung der Pflanzen von Bakterien aufgenommen werden - auch von Krankheitserregern, gegen die das jeweilige Antibiotikum damit unwirksam würde. Zwar haben wissenschaftliche Untersuchungen gezeigt, dass Bakterien nur mit einer verschwindend geringen Wahrscheinlichkeit Gene aus pflanzlichem Material aufnehmen, dennoch ist in Europa die Verwendung von Antibiotikaresistenz-Markern bei kommerziell genutzten gentechnisch veränderten Pflanzen vorsorglich eingeschränkt. Inzwischen werden meist andere Markergen-Systeme verwendet oder das Markergen „nach Gebrauch“ wieder entfernt.

Gentechnisch veränderte Pflanzen der ersten Generation

1996 kamen in den USA erstmals gentechnisch veränderte Pflanzen auf den Markt. Fünfzehn Jahre später werden sie auf einer Fläche von 160 Millionen Hektar in 29 Ländern vor allem in Nord- und Südamerika sowie in Asien angebaut. Die wichtigsten Kulturpflanzen, bei denen gentechnisch veränderte Sorten landwirtschaftlich genutzt werden, sind Soja, Mais, Raps, Baumwolle und seit 2007 Zuckerrüben. Mit Ausnahmen von virusresistenten Papaya und Squash (eine Art Zucchini), die in den USA auf kleinen Flächen angebaut werden, spielen bisher nur zwei Merkmale eine Rolle: Herbizidtoleranz und Resistenzen gegen schädliche Insekten.

  • Herzbizidtolerante Pflanzen müssen in Kombination mit einem einem passenden „Komplementärherbizid“ verwendet werden. Das Herbizid greift alle Pflanzen an – bis auf die gv-Pflanze, die infolge eines eingeführten Gens die Wirkung des Herbizids „neutralisiert“. Dieses Konzept soll die Unkrautbekämpfung vereinfachen und effektiver machen. Allerdings treten vor allem im Sojaanbau inzwischen vermehrt Unkräuter auf, die gegen das Herbizid resistent geworden sind.
  • Das zweite Merkmal in den derzeit aktuellen gentechnisch veränderten Pflanzen ist eine Resistenz gegen schädliche Insekten. Sie geht zurück auf einen Wirkstoff (Bt-Protein), der von einem Bodenbakterium (Bacillus thuringiensis) gebildet und in der ökologischen Landwirtschaft schon seit langem zur Schädlingsbekämpfung verwendet wird. Nach der Übertragung des entsprechenden Gens auf Kulturpflanzen produzieren diese das Bt-Protein und sind damit gegen Schädlinge geschützt. Es gibt verschiedene Varianten des Bt-Proteins, die jeweils gegen bestimmte Schädlinge wirken, etwa gegen den Maiszünsler, einen Schmetterling, oder gegen den Maiswurzelbohrer, einen Käfer, aber auch gegen verschiedene Baumwollschädlinge. In der Regel führt der Einsatz von gentechnisch veränderten Bt-Pflanzen zu einem deutlich geringeren Einsatz von Insektiziden.

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