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Wissenschaftlern des Leibniz-Institutes für Pflanzenbiochemie (IPB) in Halle ist es gelungen, Gene für Enzyme aus Raps (Brassica napus) zu isolieren, die für die Synthese von phenolischen Bitterstoffen im Samen verantwortlich sind (The Plant Journal 38: 80-92, 2004). Dadurch ist es möglich, transgene Rapspflanzen herzustellen, deren Samen weniger oder gar keine Bitterstoffe mehr enthalten. Aufgrund ihres hohen Proteingehaltes könnten diese Samen künftig als Nahrungsmittelzusatz verwendet werden. Die Arbeit der Hallenser Wissenschaftler ist Teil des BMBF-geförderten Großprojektes "NAPUS 2000 - gesunde Lebensmittel aus transgener Rapssaat."
Raps ist eine Pflanze mit weit unterschätztem Potenzial. Bisher diente sie als wichtiger Lieferant für Speise- und Industrieöle. Zusätzlich enthalten die Samen jedoch auch jede Menge Protein, das reich an seltenen Aminosäuren ist und in seiner Qualität dem von Soja nicht nachsteht. Dieser Proteinanteil könnte in Zukunft als Nahrungsmittelzusatz verwendet werden. Zur Zeit fristet der reichhaltige Pressrückstand jedoch noch ein klägliches Dasein als Abfallprodukt. Selbst Hühner vertragen den Eiweißzusatz nur in Maßen. Fressen sie zuviel davon, bekommen sie Verdauungsprobleme und ihre Eier riechen fischig (und schmecken auch so). Der Grund sind die für Kreuzblütler typischen phenolischen Bitterstoffe, die nicht nur im Samen, sondern in der ganzen Pflanze vorkommen. Diese antinutritiven Substanzen sorgen dafür, dass der Pressrückstand und auch das Mehl davon bitter schmecken und sich durch Oxidation dunkel verfärben - beides keine guten Voraussetzungen, um ihn weiter für die menschliche Ernährung zu verarbeiten.
"Die Idee des Projektes besteht darin, in einem Modellversuch transgene Pflanzen herzustellen, in deren Samen die Synthese der Bitterstoffe reduziert bzw. blockiert wird", erklärt Carsten Milkowski, Wissenschaftler am IPB. Welche Enzyme an der Biosynthese dieser sogenannten Sinapine beteiligt sind, ist schon seit 20 Jahren bekannt. Für eine gentechnische Veränderung der Pflanzen mussten jedoch die für die Enzyme codierenden Gene aus Raps isoliert werden. "Das gleicht mitunter einer Suche nach der Stecknadel im Heuhaufen", sagt der promovierte Biologe. Denn Pflanzen besitzen eine enorme Ausstattung an Genen. Viele dieser Gene kommen in mehreren Kopien vor und codieren für ähnliche Enzyme, andere wurden im Laufe der Evolution stillgelegt und existieren nur noch als Pseudogene. Aus diesem Dschungel das richtige Gen zu fischen ist deshalb oft extrem schwierig und zeitaufwendig. "Gemeinsam mit drei weiteren Wissenschaftlern haben wir zwei Jahre gebraucht, um die Gene der beiden entscheidenden Syntheseenzyme zu isolieren und funktionell zu charakterisieren."
"Die gentechnische Veränderung der Rapspflanzen (Transformation) wird von unseren Partnern, dem Resistenzlabor der Deutschen Saaten-Union und den Pflanzenzüchtern der Universität Göttingen durchgeführt", erklärt Milkowski. Ersten Ergebnissen zufolge, scheint der gewählte Versuchsansatz erfolgversprechend zu sein und tatsächlich zu einer Reduktion der Bitterstoffe in den transgenen Rapssamen zu führen. Trotzdem müssen natürlich auch mögliche Einflüsse des Gentransfers auf allgemeine agronomische Eigenschaften wie Blühdauer, Standfestigkeit und Leistungsfähigkeit der transgenen Pflanzen überprüft werden. Erst wenn sich hier keine nennenswerten negativen Auswirkungen festmachen, dürfen sich die Pflanzen im Freiland bewähren. Neben den üblichen ökologischen Verträglichkeitsstudien, gibt es auch für die transgenen Pflanzen noch viele Fragen zu klären: Welche Rolle das Sinapin für die Pflanze spielt, ist noch nicht hinreichend geklärt. Ob die Pflanze also auch ohne Sinapin klarkommt, ist demnach nicht bekannt. Dass Sinapin bitter schmeckt, ist möglicherweise ein wirksamer Schutz vor Fressfeinden - der dann nicht mehr gegeben wäre. Außerdem dienen Folgeprodukte des Sinapins einem effektiven UV-Schutz der Raps-Keimpflanzen. Diese möglichen Nachteile könnten von der Pflanze kompensiert werden, indem sie die ausgeschalteten Enzyme zu ersetzen versucht und andere Gene für ähnliche Enzyme aktiviert.
Hintergrund
Transformation von Pflanzen
Die gängigste Methode, Pflanzen gentechnisch zu verändern ist die Transformation mit Agrobakterien. Agrobacterium tumefaciens ist ein natürlich vorkommendes Bodenbakterium, das bei bestimmten Pflanzen tumorähnliche Wucherungen im Übergangsbereich zwischen Wurzeln und Spross (Wurzelhalsgallentumor) auslösen kann. Dabei zwingt das Bakterium die Pflanze, spezielle Aminosäuren für die eigene Ernährung zu produzieren, indem es Abschnitte seiner eigenen DNA (mit den notwendigen Aminosäure - Synthesegenen) in die Pflanzenzelle schleust. Wissenschaftler nutzen diesen Trick der Natur für ihre Zwecke. Sie ersetzen die Tumorgene auf der Bakterien-DNA durch jene Gene, die sie gerne in der Pflanze hätten (z.B. für eine Herbizid- oder Insektenresistenz). Der Transport der DNA in die Pflanzenzelle wird dann, wie gehabt, den Agrobakterien überlassen.
Transformation von Raps
Konkret bei Raps werden mehrere tausend Keimlinge in kleine Scheiben geschnitten und in einer Lösung mit Agrobakterien getränkt. Der gewünschte Transfer und Einbau der Fremd-DNA in das Pflanzenchromosom erfolgt nur zu einem äußerst geringen Prozentsatz. Aus den transformierten Scheibchen kann man dann durch Zugabe von bestimmten pflanzlichen Hormonen wieder ganze Pflanzen heranziehen. Bis die ersten transgenen Rapspflänzchen in die Erde kommen, vergehen etwa neun Monate. Auf diese Art und Weise können fremde Gene (z.B. für eine Herbizd- oder Insktenresistenz) in die Pflanzen eingeschleust werden. Ähnlich funktioniert auch das Ausschalten bereits vorhandener Pflanzengene.
NAPUS 2000
NAPUS 2000 ist ein Verbundprojekt mit bis zu 20 Partnern aus Züchtung, Wissenschaft und Industrie. Es wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert und von der Norddeutschen Pflanzenzucht KG koordiniert. Hauptziel ist eine bessere Nutzung der natürlichen Ressourcen von Raps. Neben der Veränderung der Proteine soll z.B. auch die Ölfraktion des Rapssamens durch Anreicherung mehrfach ungesättigter Fettsäuren verbessert werden. Das Projekt beinhaltet zudem eine umfassende Technikfolgenabschätzung und Ansätze zur Bewertung der Akzeptanz von gentechnisch veränderten Pflanzen und deren Produkte in der Bevölkerung. Sogar ein Wurstproduzent ist beteiligt, der Rapsprotein (das gut quillt und nicht den Beigeschmack von Soja hat) für knackige Würstchen verwenden will.
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Biologie, Chemie, Informationstechnik, Meer / Klima, Tier / Land / Forst, Umwelt / Ökologie
überregional
Forschungsergebnisse, Forschungsprojekte
Deutsch
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