Vaterpflanzen können veränderte Gene für sich behalten

Max-Planck-Wissenschaftler bestätigen, dass nur Mutterpflanzen verändertes Erbgut in Chloroplasten weitergeben

Männer sind anders, Frauen auch - ähnliches gilt auch für die Pflanzenwelt. Auch hier spielen die Unterschiede zwischen den Geschlechtern eine Rolle, speziell was die Weitergabe von Erbanlagen betrifft. Anders als die Gene im Zellkern werden die in Chloroplasten enthaltenen Gene bei den meisten Pflanzen nur von der Mutter vererbt. Dies könnte die Sicherheit beim Einsatz gentechnisch veränderter Pflanzen verbessern. Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie haben nun bestätigt, dass sich mit der Chloroplastentransformation veränderte Gene nur äußerst selten von Kulturpflanzen auf solche in Nachbarkulturen oder auf Wildpflanzen überspringen: Manipulieren sie nur die Erbinformation in den Chloroplasten männlicher Gewächse, tragen nur sehr wenige Pollen die genetische Änderung - so dass das Risiko, die Genvarianten in der Nachbarschaft zu verteilen, auf ein Minimum sinkt. (Proceedings of the National Academy of Sciences, 9. April 2007)

Der grüne Keimling ist gegen ein sonst tödliches Antibiotikum resistent. Erworben hat die Pflanze die Resistenz über die Erbinformation in den Chloroplasten ihrer Vaterpflanze - ein sehr seltener Prozess.

Das neue Verfahren beruht auf der gentechnischen Veränderung der Chloroplasten, jener Teile der Zelle, in denen die Photosythese abläuft und die eine eigene, vom Zellkern unabhängige genetische Information enthalten. Da diese und die in ihnen enthaltenen Gene nur von der Mutter weitergegeben werden, bleiben Eigenschaften einer gentechnischen Veränderung auf die weibliche Linie beschränkt. Auf dieser Besonderheit basiert das Verfahren der Chloroplastentransformation, mit der Stephanie Ruf und ihre Kollegen aus der Forschungsgruppe von Prof. Ralph Bock am Max-Planck-Institut in Golm bei Potsdam das Risiko von Auskreuzungen reduzieren möchten.

Im Mittelpunkt der aktuellen Studie stand die Frage, ob die Gene in den Chloroplasten tatsächlich ausschließlich von der Mutter vererbt werden oder ob sie gelegentlich auch väterlicherseits weitergegeben werden. Dazu gibt es bislang widersprüchliche Erkenntnisse. Als Studienobjekte dienten den Forschern als mütterliche Kreuzungspartner unveränderte Pflanzen sowie männliche Partner, die sie im Chloroplasten-Erbgut mit Resistenzen gegen zwei Antibiotika und mit einem Gen für einen grünen Farbstoff markiert hatten. Diese drei Erkennungsmerkmale wählten sie, um spontane Resistenzen durch Mutation von ererbten Widerstandskräften besser unterscheiden zu können.

Links: Chloroplasten in der Zelle einer Vaterpflanze, die den grünen Fluoreszenzfarbstoff produzieren, der zum Nachweis verwendet wurde. Rechts: nicht transgene Chloroplasten (rot) der weiblichen Linie. Der weiße Strich am Bildrand repräsentiert 8 µm.

Als Testobjekte untersuchten die Biologen mehr als zwei Millionen Samen. Sie säten diese zunächst auf Nährböden mit einem der beiden Antibiotika aus, gegen die ihr Vater in seinen Chloroplasten eine eingebaute Resistenz trug. Dann untersuchten die Wissenschaftler die Keimlinge, die in diesem für Tabakpflanzen ohne Antibiotika-Resistenz tödlichen Ambiente gediehen waren, unter dem Mikroskop auf den grünen Farbstoff. Nur 39 Samen blieben übrig, die alle drei Merkmale enthielten. Dieses Ergebnis entspricht einer Wahrscheinlichkeit für die Weitergabe von weniger als einem 50 000stel. Damit bestätigten sie, dass die Chloroplastentransformation ein zuverlässiges Verfahren darstellt, um die Wahrscheinlichkeit von Auskreuzungen in Tabak zu verringern.

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