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Fitnesskosten bei Bt-Reis

Die Frage, ob gentechnisch veränderte Pflanzen höhere Erträge erzielen als traditionell gezüchtete, wird seit Jahren auch in der wissenschaftlichen Literatur diskutiert. Die letzte Auseinandersetzung darüber wurde ausgetragen, nachdem die unabhängige US-Wissenschaftlerorganisation Union of Concerned Scientists im Jahr 2009 einen Bericht über das Ertragsverhalten von transgenem Mais und transgener Soja in den USA vorgelegt hatte (UCS 2009).

Bei transgener Soja können laut dieser Untersuchung keine Ertragssteigerungen nachgewiesen werden, bei transgenem Mais ist der Anteil gentechnischer Verfahren an der Steigerung der Erträge laut Union of Concerned Scientists sehr gering. Weit größere Bedeutung haben demnach Fortschritte bei traditionellen Züchtungsverfahren und verbesserte Managementpraktiken.

Im führenden Biotechnologie-Wissenschaftsmagazin Nature Biotechnology entbrannte daraufhin eine hitzige Debatte. Derzeitiger Schlusspunkt der Auseinandersetzung: Eine von Croplife, dem Verband der agrochemischen Industrie, in Auftrag gegebene Gegenstudie, die zu dem Ergebnis kommt, dass bei der Mehrzahl der veröffentlichten Studien Ertragssteigerungen festgestellt werden konnten (Carpenter 2010).

Keine Schädlinge, kein Ertrag

Eine aktuelle Studie über die Ertragssicherheit von transgenem Bt-Reis fügt dieser Diskussion eine interessante Komponente hinzu. In der Zeitschrift Field Crops Research veröffentlichten chinesische Wissenschaftler die Ergebnisse von mehrjährigen Anbauversuchen mit drei verschiedenen Linien von transgenem Reis. Eine davon produzierte ein für bestimmte Insekten toxisches Bt-Gift (Cry1Ac), eine zweite Linie den ebenfalls für den Einsatz gegen Schadinsekten vorgesehenen Stoff Trypsin-Inhibitor. Eine dritte Linie enthielt beide Genkonstrukte. Während die Reispflanzen bei starkem Schädlingsbefall höhere Erträge als die nichttransgenen Vergleichslinien erzielten, zeigte sich bei niedrigem Befall durch Schadinsekten ein unvorhergesehener Einbruch bei den erhobenen Ertrags- und Fertilitätsparametern (z.B. Ertrag pro Pflanze, Reiskörner pro Pflanze). Besonders auffällig waren die Einbussen bei der Reislinie, die beide Transgene enthielt. Die Forscher bestätigten damit frühere Ergebnisse, die mit den gleichen transgenen Reislinien durchgeführt worden waren (Chen et al. 2006).
Für die Ertragseinbussen machen sie das Phänomen der „Fitnesskosten“ verantwortlich, die offenbar durch den Einbau transgener Konstrukte ausgelöst werden können.
Laut den Autoren gibt es mittlerweile eine Reihe von Untersuchungen, die darauf hindeuten, dass dem Stoffwechsel von transgenen Pflanze aufgrund der Produktion zusätzlicher Proteine (z.B. von Bt-Toxinen) weniger Energie für andere Prozesse - wie der Ertragsbildung - zur Verfügung stehen. Laut einer zweiten Theorie könnten auch durch den gentechnischen Eingriff verursachte Veränderungen auf genomischer Ebene ursächlich für solche Fitnesskosten sein.

Fitnesskosten in der wissenschaftlichen Literatur

Die chinesischen Wissenschaftler zitieren eine Reihe von Untersuchungen, in denen Fitnesskosten bei gentechnisch veränderten Pflanzen nachgewiesen werden konnten (Quellen bei Xia et al. 2010):

  • bei einer Studie mit kältetoleranten Arabodopsis thaliana-Pflanzen verringerte sich die Zahl der Fruchtkörper; ursächlich dafür war laut den Autoren der Studie die Überexpression des eingebauten Transgens
  • bei einem Experiment mit gentechnisch verändertem Weizen verringerte sich das Tausendkorngewicht der Samen; die Forscher begründeten dies mit der Überexpression des eingebauten Transgens, das Rosterkrankungen verhindern sollte
  • gentechnisch veränderte Birken mit eingebauter Pilzresistenz wiesen eine geringere Wachstumsrate auf als nichttransgene Kontrollbäume; die Autoren führten dies auf Positionseffekte des eingebauten Transgens zurück
  • Bt-Baumwolle reagierte in Freisetzungsversuchen in Indien bei geringem Schädlingsbefall mit Ertragseinbussen
  • beim Anbau von Monsantos MON810-Mais in Spanien konnten bei geringem Auftreten von Schadinsekten keine höheren Erträge erzielt werden als bei konventionellen Vergleichssorten; auch dies laut Xia et al. ein Hinweis auf Fitnesskosten.


Weitere Fälle sind bei Chen et al. (2006) dokumentiert:

  • gentechnisch veränderter Klee, dem ein Albumin-Gen aus der Sonnenblume eingebaut worden war, zeigte im Vergleich mit nichttransgenem Klee einen signifikanten Rückgang der Fruchtbarkeit
  • bei transgenen Zuckerrüben, die gegen eine Viruserkrankung resistent gemacht worden waren, konnten deutliche Ertragsrückgänge festgestellt werden.


Xia et al. folgern aus den bisher bekannt gewordenen Fällen, dass Fitnesskosten bei gentechnisch veränderten Pflanzen offenbar weit verbreitet sind. Genauere Untersuchungen über Ursachen und Mechanismen von Fitnesskosten fehlen in der wissenschaftlichen Literatur bislang weitgehend. Forschungsbedarf sehen die Wissenschaftler insbesondere mit Blick auf zukünftige Generationen von gentechnisch veränderten Pflanzen, die zum Beispiel gegen abiotische Stressfaktoren wie Trockenheit oder salzige Böden widerstandsfähig gemacht werden sollen.

 

Literatur

Carpenter, J. E. (2010) Peer-reviewed surveys indicate positive impact of commercialized GM crops. Nature Biotechnology 28, 319 – 321.

Chen, L.Y., Snow, A.A., Wang, F., Lu, B.R. (2006) Effects of insect-resistance transgenes on fecundity in rice (Oryza sativa, Poaceae): a test for underlying costs. American Journal of Botany, 93, 94-101.

UCS (2009) Failure to yield. Union of Concerned Scientists.

Xia, H., Chen, L., Wang, F., Lu, B.R. (2010) Yield benefit and underlying cost of insect-resistance transgenic rice: Implication in breeding and deploying transgenic crops. Field Crops Research, 118, 215–220.



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