Kallus

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.

Anbauflächen gentechnisch veränderter Pflanzen nach Ländern

Anbauflächen gentechnisch veränderter Pflanzen: Die wichtigsten Länder

Grafik: pigurdesign/transgen.de

Aubergine, Bangladesch

Gentechnisch veränderte Bt-Aubergine. In Südostasien sind Auberginen (Brinjal) ein geschätztes Gemüse. In Bangladesch wurden neue Sorten entwickelt, die das Bt-Protein bilden und so einen verbreiteten Schädling abwehren. Damit sollen Ertragsausfälle vermieden und der Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln reduziert werden. Nach erfolgreuichen Test bauen bereits 2.500 Kleinbauern Bt-Auberinen an.

Foto: Mark Lynas; 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. Zwanzig Jahre später werden sie auf einer Fläche von 185 Millionen Hektar in 26 Ländern vor allem in Nord- und Südamerika sowie in Asien angebaut (2016). Die wichtigsten Kulturpflanzen, bei denen gentechnisch veränderte Sorten landwirtschaftlich genutzt werden, sind Soja, Mais, Raps, Baumwolle und seit 2007 Zuckerrüben. Bei den bisher kommerziell genutzten gv-Pflanzen überwiegen zwei Merkmale: 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. Das bekannteste in Kombination mit gv-Pflanzen eingesetzte Herbizid ist Glyphosat. Inzwischen treten vor allem im Sojaanbau vermehrt Unkräuter auf, die gegen diesen Wirkstoff resistent geworden sind.
  • Das zweite Merkmal in den derzeit aktuellen gentechnisch veränderten Pflanzen sind Resistenzen gegen schädliche Fraßinsekten. Diese gehen 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.
  • Die meisten der aktuell in Nord- und Südamerika angebauten gv-Pflanzen sind mit verschiedenen Kombinationen dieser Merkmale ausgestattet: Sie verfühen über Resistenzen gegen mehrere Herbizid-Wirkstoffe und verschiedene Schadinsekten (Stacked genes).
  • In den letzten Jahren sind weitere Merkmale hinzugekommen: In den USA etwa ein gv-Mais (Drought Gard), der bei Trockenheit bessere Erträge liefern soll, sowie gv-Kartoffeln (Innate), die weniger druckempfindlich sind und beim Erhitzen weniger Arylamid produzieren. Die nächste Generation dieser Kartoffeln verfügen zusätzlich über eine Resistenz gegen die Kraut- und Knollenfäule.
  • Schon seit vielen Jahren werden in den USA virusresistente gv-Papayas und Squash (eine Art Zucchini) angebaut.
  • Einige Schwellen- und Entwicklungsländer haben bei weiteren Kulturarten gv-Sorten mit neuen Merkmalen entwickelt, meist in staatlichen Forschungseinrichtungen: Etwa virusresistente Bohnen und schädlingsresistentes Zuckerrohr in Brasilien, stresstolerante Sojabohnen in Argentinien und trockentolerantes Zuckerrohr in Indonesien. In Pakistan hat der Anbau von Bt-Auberginen begonnen.

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