Faszination Bioforschung:
Mit den Methoden der Gendiagnose
neue Pflanzen züchten
Beitrag von Dr. Cesare Gessler, Phytopathologe, ETH Zürich
Die Erkenntnisse der Genforschung lassen sich auch für die umweltschonende
Produktion nutzen: Wir züchten in klassischer Weise, wenden aber
die Methoden der Gendiagnose an, um zielgenauer und schneller voranzukommen.
Keiner Pflanze wird dabei ein fremdes Gen zugefügt.
Es geht darum, Pflanzensorten zu züchten, die mit den komplexen
Anforderungen einer umweltschonenden Produktion zurecht kommen.
Pflanzen also, die robust, widerstandsfähig und ertragssicher sind.
Pflanzen, die sich ohne die Krücken chemisch-synthetischer Pflanzenschutz-
und Düngemittel behaupten können.
Unsere Forschungsgruppe an der ETH Zürich widmet sich schwerpunktmässig
dem Apfel und dessen Krankheiten Schorf und Mehltau sowie der Rebe
und ihrer Krankheit Falscher Rebenmehltau. Optimierung und Züchtung
krankeitsresistenter Sorten sollen die Reduktion des Einsatzes chemischer
Bekämpfungsmittel möglich machen.
In Zusammenarbeit mit der Eidgenössischen Forschungsanstalt für
Obst-, Wein- und Gartenbau in Wädenswil (FAW) werden Resistenzgene
des Apfels auf Genomkarten lokalisiert. Die mittels DNA-Markern
in Kreuzungsnachkommen identifizierten Resistenzgene werden dann
für die Selektion und Züchtung schorf- und mehltauresistenter Apfelsorten
verwendet.
Für das molekulare Ausleseverfahren nehmen wir ein Blatt von wenigen
Wochen alten Sämlingen. Daraus extrahieren wir die DNA und analysieren
sie auf das Vorhandensein dieser Marker. Hat das Pflänzchen die
gewünschten Marker, so hat es auch die gewünschten Gene.
Mit traditionellen Ausleseverfahren lässt sich ein Merkmal beziehungsweise
das entsprechende Gen nur mit relativ aufwändigen Tests und Beobachtungen
bestimmen. Die Schorfresistenz kann man zwar an jungen Pflanzen
im Gewächshaus nach künstlicher Infektion bestimmen, allerdings
bleibt mit dieser Methode unklar, ob die Resistenz auf mehreren
Genen basiert oder nur auf einem. Diese Analyse ist nur mit den
molekularen Methoden möglich. Für eine dauerhafte Resistenz ist
es aber entscheidend, dass sie auf mehreren Genen basiert, denn
genetisch schmal abgestützte Resistenzen brechen oft nach kurzer
Zeit ein, indem ein Pilz es schafft, sie zu überwinden.
Phänotypisch kann Mehltauresistenz nur bei ausgewachsenen (adulten)
Bäumen verlässlich festgestellt werden, wobei Beobachtungen über
mehrere Jahre notwendig sind. Die Gendiagnose bringt viel schneller
Klarheit: Durch sie lässt sich das Vorhandensein eines Mehltauresistenz-Gens,
welches eine solche Adult-Resistenz bewirkt, schon im Sämling mit
wenig DNA nachweisen.
In naher Zukunft werden immer mehr Gene mittels Markern identifiziert
werden. Die Marker-unterstützte Selektion wird so immer effizienter,
und eine Zukunftsvision ist, dass man eines Tages aus 10'000 Sämlingen
einige wenige wird auswählen können, welche ein Dutzend der absolut
notwendigen Gene (bzw. Allele) enthalten. Diese Sämlinge werden
weiter untersucht, und irgendwann wird einer auf Grund seiner Eigenschaften
ausgewählt: Eine neue Sorte, geeignet für den umweltschonenden Anbau
ist gefunden.
Gegenüber der traditionellen Selektion, die sich auf sichtbare
(phänotypische) Eigenschaften stützt, bietet die Marker-unterstützte
Selektion mehrere Vorteile: Sie ist bereits im Frühstadium möglich,
sie kann gleichzeitig für mehrere Merkmale durchgeführt werden und
sie erlaubt die Pyramidisierung von Genen, das heisst den Einbau
mehrerer Gene (bzw. deren Allele), die den gleichen Phänotypus bewirken
oder beeinflussen.
Ist dies nun der erste Schritt, um einen schorfresistenten, «transgenen»
Apfel zu kreieren? Meine Antwort darauf kann nicht «nein» sein,
sondern «so nicht». Die heutigen Technologien verwenden noch Selektionsgene
(Marker-Gene), welche für Antibiotika-Resistenz kodieren. Die fremde
DNA wird irgendwo eingebaut, und wir wissen nicht, mit welchen Auswirkungen.
Vielleicht wird man aber in Zukunft selektiv am Ort eines nicht
funktionierenden Resistenzgens ein wirksames einbauen können, ohne
fremdes Genmaterial zu verwenden. Da das funktionierende Genmaterial
vom Apfel selbst kommt, würde somit keine fremde DNA eingebaut werden.
n dem Tag, an dem dies möglich ist, müsste die Diskussion über
solche Pflanzen und ihren Einsatz wieder aufgenommen werden.
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