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Sichere Gentechnik durch Chloroplastentransformation?

Die Auskreuzung gentechnisch veränderter Pflanzen in verwandte Wild- oder Unkrautarten gilt als bedeutendes ökologisches Risiko . Seit geraumer Zeit bemühen sich Industrie und Wissenschaft daher, die Ausbreitung von gentechnisch veränderten Pflanzen mit Hilfe so genannter „biologischer Einschlußmethoden“ (engl. confinement) zu verhindern.
Sichere Gentechnik durch Chloroplastentransformation?

Zelle mit Chloroplasten

Dabei werden meist zusätzliche weitere gentechnische Konstrukte in Pflanzen eingebaut, die die Verbreitung von gentechnisch verändertem Material unterbinden oder minimieren sollen. Viele dieser Methoden befinden sich noch in einem sehr frühen Entwicklungsstadium. Die bekannteste Methode ist die so genannte Terminator-Technologie. Deren Ziel ist es, die Samen von Pflanzen unfruchtbar zu machen. Daneben werden zahlreiche weitere gentechnikbasierte Ansätze verfolgt, darunter:

  • Chloroplastentransformation
  • männliche Sterilität (sterile Pollen)
  • Apomixis (vegetative Samenbildung)
  • Kleistogamie (Selbstbestäubung).

Warum Chloroplastentransformation?

Mit am weitesten entwickelt ist die Chloroplastentransformation (Plastidentransformation). Im Unterschied zu bisherigen Methoden der gentechnischen Veränderung wird das transgene Konstrukt dabei nicht in die DNA im Zellkern eingebaut, sondern in die Chloroplasten, die ein eigenes Genom von geringem Umfang enthalten.
Der entscheidende Punkt: Chloroplasten kommen bei vielen Pflanzenarten nicht oder nur in geringer Menge im Pollen vor. Transgene Konstrukte können sich dadurch nicht mehr über den Pollen ausbreiten. Die Erbinformation von Chloroplasten wird maternal, also über die Samen, weitergegeben.

Forschung an Raps

Chloroplastentransformation wird derzeit besonders intensiv bei Raps (Brassica napus) erforscht. Transgener Raps gilt aufgrund seiner Biologie (Insektenbestäubung, insbesondere durch die Honigbiene; Überdauerungsfähigkeit der Samen im Boden; zahlreiche kreuzungsfähige Wildpflanzenarten) in der EU als nicht koexistenzfähig. Zulassungen für eine kommerzielle Nutzung von gentechnisch verändertem Raps gelten unter diesen Bedingungen als außerordentlich unwahrscheinlich. Daher gibt es von Seiten der GVO-Hersteller verschiedene Forschungsbemühungen (darunter die Etablierung der Chloroplastentransformation), um transgenen Raps langfristig doch noch zur Marktreife zu bringen.

Verbreitung über Samen weiterhin möglich

Doch werden mit dieser gentechnischen Methode wirklich alle Ausbreitungswege verstellt? Ergeben sich möglicherweise neue Risiken? Fragen, auf die zwei Studien aus jüngerer Zeit eine Antwort zu geben versuchen (Haider et al. 2009; Allainguillaume et al. 2009). In beiden Studien wird untersucht, ob und wie sich Raps-Chloroplasten in verwandte Wildpflanzenarten verbreiten. Denn bei allen Überlegungen, Pollenflug bei gentechnisch verändertem Raps durch Chloroplastentransformation zu verhindern, bleibt wissenschaftlich unstrittig, dass die Chloroplastentransformation ein „löchriges“ System ist, da die Samen der „transplastomen“ Gentechnik-Pflanzen nach wie vor die transgenen Konstrukte enthalten.
Gerade bei der Verbreitung über Samen nimmt Raps unter den Kulturpflanzen eine Sonderstellung ein: Im Boden können Rapssamen über viele Jahre überdauern, ohne ihre Keimfähigkeit zu verlieren. Dies gilt in noch höherem Maß für verwandte Arten wie die Rübse (Brassica rapa). Rübsensamen konnten noch nach mehr als 660 Jahren Lagerung zum Keimen gebracht werden (Odum 1965).

Choroplasten springen auf wilde Raps-Verwandte

In einer Studie, die in Großbritannien durchgeführt wurde (Haider et. al. 2009) wurde nun untersucht, ob sich Raps-Chloroplasten in Rübsen-Populationen in der näheren Umgebung von Rapsfeldern ausbreiten.
Ergebnis: Offenbar gelangen Raps-Chloroplasten durch einen Vorgang, der als „Chloroplastenfang“ (chloroplast capture) bezeichnet wird, via Samen in Rübsenbestände. Obwohl die genauen Abläufe beim Chloroplastenfang noch nicht erforscht sind, gehen Genetiker davon aus, dass durch die beständige Kreuzung kompatibler Pflanzenarten untereinander Chloroplasten nach rund 50 Generationen in verwandte Arten eingeschleust werden können.
Überrascht waren die Forscher darüber, wie hoch der Anteil von Raps-Chloroplasten in einem Teil der wilden Rübsenbestände war. Im Höchstfall enthielten 92 Prozent der Rübsenpflanzen Raps-Chloroplasten. In anderen Populationen waren dagegen keine Vermischungen nachzuweisen.

Fittere Wildpflanzen durch Raps-Chloroplasten

Noch einen Schritt weiter geht eine zweite Studie (Allainguillaume et al. 2009), in der auf der Basis der Untersuchung von Haider et al. (2009) der Frage nachgegangen wird, warum es zu der teils sehr hohen Präsenz von Raps-Chloroplasten in wilden Verwandten von Raps kommt. Offenbar, so das Ergebnis, stellen Raps-Chloroplasten einen Fitnessvorteil für diese Pflanzen dar. Für die Risikobewertung transgener Pflanzen sind mögliche Fitnessvorteile von großer Bedeutung.
Die Autoren beider Studien ziehen daher das Fazit, dass Chloroplastentransformation nur ein bedingt wirksames Instrument darstellt, um die Verbreitung von gentechnisch verändertem Raps zu unterbinden.

 

Literatur

Allainguillaume, J., Harwood, T., Ford, C. S., Cuccato, G., Norris, C., Allender, C. J., Welters, R., King, G. J., Wilkinson, M. J. (2009) Rapeseed cytoplasm gives advantage in wild relatives and complicates genetically modified crop biocontainment. New Phytologist, 183 (4): 1201–1211.

Haider, N., Allainguillaume, J., Wilkinson, M.J. (2009) Spontaneous capture of oilseed rape (Brassica napus) chloroplasts by wild B. rapa: Implications for the use of chloroplast transformation for biocontainment. Current Genetics, 55: 139-150.

Odum, S. (1965) Germination of ancient seeds. Dansk Botanisk Arkiv, 24: 1–70.

 

Foto: Wikipedia

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