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 25. November 2002, 16h 24
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Durch extreme Umweltbedingungen wie Hitze oder Trockenheit verursachter Pflanzenstress ist einer der Hauptgründe für verminderte Ernteerträge bei Nutzpflanzen. Die Entwicklung von Nutzpflanzen, die diesen Bedingungen widerstehen können, ist besonders für die heißen Entwicklungsländer Südamerika, Afrikas und Asiens von Bedeutung, auch angesichts der drohenden Erderwärmung.
Erfolgreich der Hitze trotzen
Die Genforschung hat sich dieser Aufgabe angenommen und untersucht verschiedene Möglichkeiten, Nutzpflanzen zu mehr Resistenz gegen unwirtliche Umweltbedingungen zu verhelfen. Einem Team um den Wissenschafter Peter Horton von der University of Sheffield ist es nun gelungen, die Gene des Kreuzblütengewächses Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana, Brassicaceae) so weit zu verändern, dass sie selbst hohen Temperaturen trotzt. Landwirtschaftlich hat die Ackerschmalwand keine Bedeutung. Da ihr gesamtes Erbgut aber bereits sequenziert worden ist, wird sie zur Grundlagenforschung verwendet.
Das Forscherteam stellte Arabidopsis-Mutanten her, die im Vergleich zu normalen Pflanzen etwa die doppelte Menge des Pflanzenfarbstoffs Zeaxanthin produzieren. Das gelb bis gelbrote Pigment reichert sich in den Membranen der Chloroplasten an. Chloroplasten sind Bestandteile von pflanzlichen Zellen und der Ort der Photosynthese. Sie wandeln Lichtenergie in energiereiche Substanzen wie beispielsweise Zucker um. Ist das Licht jedoch zu stark, entstehen extrem reaktive Sauerstoffverbindungen. Diese lösen bei Pflanzen Stress aus. Die Forscher vermuten, dass das Zeaxanthin als Schutzpigment fungiert. Es verhindere Zellschäden, die durch Sauerstoffderivate entstanden seien, so die Forscher.
Salztolerante Gen-Tomaten
Die Versalzung von Ackerböden stellt in Trockengebieten ebenfalls ein großes Problem dar. Jährlich gehen etwa 10 Millionen Hektar Anbaufläche wegen zu hoher Versalzung verloren. Eine Ursache für die zunehmende Versalzung der Böden ist intensive künstliche Bewässerung. Dadurch wird die Produktivität der betreffenden Anbaugebiete zwar kurz erhöht, in den folgenden Jahren aber nachhaltig geschädigt.
Eine klassische Züchtung von salzresistenten Nutzpflanzen verlief bisher ergebnislos. Einige Wildpflanzen verfügen jedoch über eine natürliche hohe Salztoleranz. Genforscher hoffen, durch die Übertragung der dafür verantwortlichen Gene auch die Salztoleranz von Nutzpflanzen erhöhen zu können. Wissenschafter der University of California und der University of Toronto haben bereits das Erbgut von Tomatenpflanzen so verändert, dass sie selbst auf salzigen Böden noch gedeihen und Früchte tragen können. Die Forscher schleusten Gene der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana in das Erbgut der Tomate ein. Durch die zusätzlichen Gene wird das mit dem Wasser aufgenommene Salz in den Blättern in abgegrenzten Zellbereichen, den sogenannten Vakuolen, gespeichert. Das Salz wird also nicht in den Früchten angereichert, die dadurch genießbar bleiben. Der Schlüssel zu diesem Erfolg liegt in einem Gen für eine Natrium-Ionenpumpe. Ionenpumpen sind Proteine auf Zellmembranen, die Salzionen auch gegen ein Konzentrationsgefälle durch eine Zellmembran transportieren und damit in bestimmten Zellbereichen anreichern können. Die Forscher hoffen nun, diese Technik auch auf andere Kulturpflanzen übertragen zu können.
Bisherige Genforschung nutzt Entwicklungsländern wenig
Laut einer Analyse des "Institute for New Technologies“ (UNU/INTECH) an der "United Nations University“ in Maastricht befasst sich allerdings ein Großteil der derzeit laufenden Forschungen an gentechnisch veränderten Nutzpflanzen mit Resistenz gegen Herbizide und Schädlinge und nicht mit einer direkten Ertragssteigerung unter den jeweiligen Umweltbedingungen. Nach Ansicht von UNU/INTECH-Direktor Lynn Mytelka geht damit die gentechnische Forschung an Nutzpflanzen an den wirklichen Problemen in den Entwicklungsländern vorbei. Höhere Resistenz gegen Schädlinge kann zwar zu höheren Erträgen beitragen, aber wirklich notwendig wären laut Mytelka die Entwicklung stressresistenter Nutzpflanzen, die an die jeweiligen lokalen Bedingungen angepasst sind. Solche Pflanzen sind aber weit von der Marktreife entfernt.
Info:
>> Arme Länder profitieren nicht von Gentechnik.
Links:
>> P. A. DAVISON, C. N. HUNTER & P. HORTON (2002): Overexpression of -carotene hydroxylase enhances stress tolerance in Arabidopsis. Nature 418, 203 - 206. (Abstrakt, registrierungspflichtig).
>> Hong-Xia Zhang & Eduardo Blumwald (2001): Transgenic salt-tolerant tomato plants accumulate salt in foliage but not in fruit. Nature Biotechnology 19: 765 – 768. (Abstrakt, registrierungspflichtig).
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