Regeneration von Apfelpflanzen

Mutagenese – Mehr Variation im Erbgut

Unterschiede im Erbgut sind eine wesentliche Grundlage für die äußeren Unterschiede zwischen Organismen und damit auch für die Züchtung. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts ist es eine übliche Vorgehensweise, mit ionisierender Strahlung künstlich Veränderungen im Erbgut von Pflanzen auszulösen, um die genetische Ausgangsbasis für die Züchtung zu verbreitern. Bei neueren Mutagenese-Verfahren benutzt man dagegen chemische Substanzen.

Hartweizen im Schaugarten des MPIPZ Köln

Hartweizensorten, die für die Herstellung von Pasta genutzt werden, sind zum großen Teil durch Mutationszüchtung entstanden.

Foto: i-bio

Bestrahlungsanlage für Mutationszüchtung

Bestrahlungsanlage für Mutationszüchtung. Sie ist von acht Meter hohen Schutzwänden umgeben. Die Strahlenquelle befindet sich in der Mitte.

Foto: Institute for Radiation Breeding, Kamimurata, Japan

Titelfoto: i-bio

Die physischen Unterschiede zwischen einzelnen Organismen werden zu einem erheblichen Anteil durch Unterschiede im Erbgut hervorgerufen. Züchtung – die gezielte Veränderung der Eigenschaften von Organismen – setzt voraus, dass man als Ausgangsmaterial genetisch unterschiedliche Individuen zur Verfügung hat, aus denen man auswählen kann.

Bei allen Lebewesen treten Mutationen auf, das sind zufällige, bleibende Veränderungen im Erbgut. Sie entstehen durch Fehler bei der Verdopplung, Weitergabe und Reparatur des Erbguts. Diese Fehler können durch äußere Faktoren ausgelöst werden, etwa die kurzwellige UV-Strahlung der Sonne oder die Strahlung radioaktiver Substanzen, die natürlicherweise in der Erdkruste und der Atmosphäre vorkommen.

Die meisten Mutationen führen dazu, dass das betreffende Individuum geschädigt ist und deshalb weniger Nachkommen als seine Artgenossen hat oder überhaupt nicht überlebensfähig ist. Nur etwa ein Prozent aller Neumutationen bringen ihrem Träger eine neue Eigenschaft ein, die für ihn von Vorteil ist. Dieses eine Prozent ist eine Grundlage der Evolution.

Anfang des 20. Jahrhunderts erkannte man, dass Mutationen durch verschiedene äußere Faktoren ausgelöst werden können. In den 1930er Jahren kam die Mutationszüchtung auf, bei denen man Pflanzensamen Röntgen- oder Neutronenstrahlen aussetzt und anschließend bei den ausgewachsenen Pflanzen nach neuen, für die Züchtung interessanten Eigenschaften sucht. In den 1960er Jahren gründeten die Welternährungsorganisation (FAO) und die Internationale Atomenergiebehörde (IAEA) eine gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsabteilung, die bis heute Mutationszüchtung an Nutzpflanzen betreibt. Weltweit sind über 2000 neue Sorten auf diese Weise gezüchtet worden. Dazu zählen beispielsweise ein Großteil der Hartweizensorten, die für die Herstellung von Pasta verwendet werden, aber auch viele andere Getreidesorten, Obst, Gemüse und Hülsenfrüchte.

In den letzten Jahren gab es verstärkte öffentliche Aufmerksamkeit für eine Züchtungsmethode namens Tilling, eine neuere Variante der Mutationszüchtung. Beim Tilling werden Pflanzensamen mit einer mutationsauslösenden Chemikalie behandelt. Anschließend wird mit sehr leistungsfähigen molekularbiologischen Methoden direkt auf DNA-Ebene überprüft, ob Mutationen in gewünschten Genen vorhanden sind.

Die Behandlung von Pflanzen mit ionisierender Strahlung oder mutationsauslösenden Chemikalien führt in der Regel auch zu einer Reihe unerwünschter Mutationen, durch die die Pflanze gewünschte Eigenschaften verlieren kann. Deshalb müssen Pflanzen, die nach einer Mutagenese-Behandlung neue und interessante Eigenschaften aufweisen, in einem langwierigen Prozess mit unbehandelten Pflanzen rückgekreuzt werden.

Drucken Versenden