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Gentechnisch veränderte Pflanzen

04.06.1997 - (idw) Eberhard-Karls-Universität Tübingen

Gentechnisch veraenderte Pflanzen ertragen Hitze und Stress

Viele Regionen der Erde sind heute schon von grosser Hitze und langen Duerreperioden betroffen. Durch die globale Erwaermung koennten aber auch in unseren Breiten die Kulturpflanzen zunehmend geschaedigt werden und die Ernteertraege sich stark vermindern. Forschungen des Genetikers Prof. Friedrich Schoeffl und seiner Arbeitsgruppe an der Universitaet Tuebingen sollen nun als Grundlage dienen, um in Zusammenarbeit mit der Biotechnologie-Firma Planta GmbH Kulturpflanzen zu entwickeln, die gegen die wichtigsten Stresseinfluesse der Umwelt wie Hitze und Trockenheit unempfindlich sind. Schoeffls Arbeitsgruppe entdeckte, dass Versuchspflanzen, deren Hitzeschockgene gentechnisch staendig zu zwanzig Prozent ihres Maximalwertes aktiviert werden, besser auf Umweltstress vorbereitet sind und daher bei Stress besser gedeihen.

Wenn es Pflanzen zu heiss wird, koennen sie ihren Standort nicht einfach wie Menschen oder viele Tiere verlassen. Dennoch sind sie der Hitze nicht hilflos ausgeliefert, sondern besitzen einige Schutzmechanismen, die denen der beweglichen Lebewesen aehneln. Meistens schalten die Pflanzen zunaechst die Wasserkuehlung an. Sie ziehen verstaerkt Wasser zur Verdunstung aus dem Boden, um die Temperatur in ihren Zellen zu senken. Denn bei hohen Temperaturen werden viele Zellproteine und Enzyme verformt oder schmelzen. Sie koennen ihre Funktionen dann nicht mehr erfuellen. Schliesslich stirbt die Pflanze ab. Die Pflanzen verfuegen jedoch ueber einen weiteren Schutzmechanismus, wenn das Wasser knapp ist oder die Wasserkuehlung nicht ausreicht. Bei grosser Hitze werden die in den Zellen stets vorhandenen Hitzeschockfaktoren (HSF) aktiviert. Die aktivierten Hitzeschockfaktoren binden an die Regulationsstelle der Hitzeschockgene und bewirken deren Ablesung. Diese Gene haben die Informationen zur Herstellung spezieller Schutzproteine ("Chaperone") gespeichert, die wiederum dafuer sorgen, dass Zellproteine und Enzyme ihre normale Struktur beibehalten und auch bei Hitze weiterhin funktionieren.

Die Hitzeschockgene muessten eigentlich Stressgene heissen, weil manche nicht nur bei Hitze, sondern auch bei anderem umweltbedingtem Stress wie Trockenheit, hohen Salzkonzentrationen oder grosser Kaelte angeschaltet werden. Die maximale Produktion an Schutzproteinen erreichen die Pflanzen normalerweise erst mehrere Stunden nach dem Eintreten des Stresses - unter extremen Bedingungen kann die Pflanze dann bereits stark geschaedigt sein.

Der Arbeitsgruppe von Prof. Schoeffl an der Universitaet Tuebingen ist es mit gentechnischen Methoden gelungen, die Hitzeschockfaktoren bei der genetisch gut erforschten Pflanze Arabidopsis thaliana (Acker-Schmalwand, Familie: Kreuzbluetengewaechse) so zu aktivieren, dass die Schutzproteine auch ohne Stresseinwirkung dauerhaft zu etwa zwanzig Prozent des Maximalwertes produziert werden. Damit ist die Pflanze bei einsetzendem Stress bereits geschuetzt und wesentlich widerstandsfaehiger gegen Hitze und Trockenheit. "Selbst wenn der Energieverbrauch fuer die Herstellung der Schutzproteine einen gewissen Nachteil fuer die Pflanzen darstellt, koennte dies durch die erhoehte Stressresistenz wettgemacht werden", erklaert Schoeffl.

In Zusammenarbeit mit der Planta GmbH hat sich die Arbeitsgruppe von Prof. Schoeffl fuer die naechsten Jahre zum Ziel gesetzt, die Hitzeschockgene auch bei den wirtschaftlich wichtigen Kulturpflanzen wie Zuckerruebe und Raps aufzuspueren und wie bei Arabidopsis zur dauerhaften Produktion der Schutzproteine anzuregen. Alternativ waere es auch denkbar, die veraenderten Gene von Arabidopsis auf diese Kulturpflanzen zu uebertragen. "Mit den genetisch veraenderten Pflanzen sollen nicht unbedingt Rekordernten erzielt, sondern die durchschnittlichen Ertraege auf einem hoeheren Niveau stabilisiert werden", sagt Schoeffl. Die Gefahr, dass sich technisch veraenderte Gene in der Natur selbstaendig weiter verbreiten koennten, haelt er fuer gering: "Der Gentransfer auf Wildpflanzen oder andere Arten ist unwahrscheinlich und die veraenderten Gene koennten sich in freier Konkurrenz kaum durchsetzen".

Schoeffl gehoert mit seiner Arbeitsgruppe der Amica Science EEIG an, einem Konsortium unter der Leitung des Max-Planck-Institutes fuer Pflanzenzucht in Koeln und dem John Innes Centre in Norwich, Grossbritannien. Im Auftrag der Euro- paeischen Kommission koordiniert Amica die Zusammenarbeit von 130 europaeischen Labors fuer pflanzliche Biotechnologie in einem molekulargenetischen Projekt fuer eine umweltvertraegliche Landwirtschaft. Amica ermoeglicht ausserdem Kontakte zwischen den Forschungslabors und der Industrie.

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Friedrich Schoeffl, Allgemeine Genetik, Auf der Morgenstelle 28, 72076 Tuebingen, Tel. (0 70 71) 29-72076, Fax: (0 70 71) 29-5042.


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