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Kieler Forschungsteam ermöglicht präzise Veränderung des Rapsgenoms durch „Genome Editing“
Neue Methoden zur gezielten Veränderung der Erbinformationen machen unter dem Begriff „Genome Editing“ seit einigen Jahren Schlagzeilen. Zahlreiche Beispiele belegen die Anwendungsmöglichkeiten bei unterschiedlichen Lebewesen wie Mikroorganismen, Tieren, Pflanzen und sogar beim Menschen. Die Anwendung bei Nutzpflanzen fasst man auch unter dem Begriff „Neue Züchtungstechniken“ zusammen.
Inzwischen gibt es zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten über die Veränderungen bei Modell- und auch bei Nutzpflanzen wie Weizen, Reis oder Soja. Raps ist nach der Sojabohne die zweitwichtigste Ölpflanze der Welt und die einzige Ölpflanze von Bedeutung in unseren Breiten. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) ist es nun erstmals gelungen, Ölraps gezielt mit Hilfe einer solchen „Genome Editing“-Methode, der sogenannten CRISPR-Cas-Technologie, zu verändern und die Übertragung auf nachfolgende Generationen nachzuweisen. Die Arbeit wurde kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Plant Physiology veröffentlicht.
Die CRISPR-Cas-Technologie ermöglicht es, eine präzise Veränderung an einem genau definierten Sequenzabschnitt innerhalb eines Genoms vorzunehmen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Gen mit einer unerwünschten Funktion ausgeschaltet werden. Der Raps bereitet besondere Probleme, weil von jedem seiner Gene zwischen zwei und sechs Kopien vorliegen. Man spricht hier von einer polyploiden Pflanze. Diese Genkopien gleichzeitig auszuschalten, war mit herkömmlichen Methoden genetischer Veränderungen bisher unmöglich. Um eine solche sogenannte Mutagenese beim polyploiden Raps zu erreichen, sind also chemische Mutagenese oder Bestrahlung nicht nutzbar. Dem Kieler Forschungsteam am Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung unter der Leitung von Professor Christian Jung ist es nun gelungen, alle Kopien eines Gens auszuschalten, das die Platzfestigkeit der Rapsschoten kontrolliert. Dies eröffnet neue Perspektiven für die Züchtung von Rapssorten, deren Schoten nicht schon vor oder während der Ernte platzen, was erhebliche Ertragssteigerungen erlauben könnte.
„Wir haben die einmalige Möglichkeit, unsere Pflanzen im Vergleich mit anderen Rapsmutanten anzubauen, die durch zufällige chemische Mutagenese erzeugt worden sind“, sagt Janina Braatz, die als Doktorandin unter der Leitung von Dr. Hans Harloff die CRISPR-Cas Versuche durchgeführt hat. „Während die CRISPR-Cas Pflanzen nur über je eine Mutation an einer präzise vorhergesagten Stelle im Genom verfügen, haben in den herkömmlich mutagenisierten Pflanzen etwa einhunderttausend Mutationen stattgefunden, die bis auf eine einzige unbekannt sind. Derartige Pflanzen haben einen deutlichen Fitnessnachteil und sind nicht für die Sortenzüchtung direkt verwendbar“, so Braatz weiter.
Es wird also erwartet, dass die CRISPR-Cas modifizierten Pflanzen unter Feldbedingungen eine deutlich bessere Leistung zeigen, als die Pflanzen, die durch chemische Mutagenese entstanden sind. Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass polyploide Nutzpflanzen mittels „Genome Editing“ hocheffizient genetisch verändert werden können. Auf diese Weise eröffnen sich völlig neue Perspektiven für die gezielte Veränderung von Pflanzengenomen und somit für die züchterische Verbesserung und damit langfristig für Ertragssteigerungen bei Nutzpflanzen.
Das Forschungsprojekt wurde von der Stiftung Schleswig-Holsteinische Landschaft gefördert.
Originalpublikation:
Janina Braatz, Hans-Joachim Harloff, Martin Mascher, Nils Stein, Axel Himmelbach and Christian Jung. “CRISPR-Cas9 targeted mutagenesis leads to simultaneous modification of different homoeologous gene copies in polyploid oilseed rape (Brassica napus L.)”. Plant Physiology Preview. Published on April 18, 2017, as DOI:10.1104/pp.17.00426
Bilder stehen zum Download bereit:
http://www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-137-1.jpg
Bildunterschrift: Regeneration von Rapssprossen in der Petrischale nach Crispr-Cas Mutagenese.
Foto: Janina Braatz
http://www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-137-2.jpg
Bildunterschrift: Blühende Rapspflanzen im Feld.
Foto: Janina Braatz
http://www.uni-kiel.de/download/pm/2017/2017-137-3.jpg
Bildunterschrift: Blühende Rapspflanze, deren ALC Gene durch Crispr-Cas Mutagenese gezielt verändert worden sind. Bild: Janina Braatz
Kontakt:
Prof. Dr. Christian Jung
Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, CAU Kiel
Tel: 0431-880-7364
E-Mail: c.jung@plantbreeding.uni-kiel.de
MSc Janina Braatz
Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, CAU Kiel
Tel: 0431-880-3345
E-Mail: j.braatz@plantbreeding.uni-kiel.de
Weitere Informationen:
Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, CAU Kiel
http://www.plantbreeding.uni-kiel.de/de
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Presse, Kommunikation und Marketing, Dr. Boris Pawlowski,
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Regeneration von Rapssprossen in der Petrischale nach Crispr-Cas Mutagenese.
Foto: Janina Braatz
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Blühende Rapspflanzen im Feld.
Foto: Janina Braatz
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Blühende Rapspflanze, deren ALC Gene durch Crispr-Cas Mutagenese gezielt verändert worden sind.
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Biology, Environment / ecology, Nutrition / healthcare / nursing, Zoology / agricultural and forest sciences
transregional, national
Research projects, Research results
German
Regeneration von Rapssprossen in der Petrischale nach Crispr-Cas Mutagenese.
Foto: Janina Braatz
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Blühende Rapspflanzen im Feld.
Foto: Janina Braatz
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