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Technologien: Gentechnologie - Grüne Gentechnologie |
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Gentechnologie Grüne Gentechnologie |
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Neue Technologien Informationen |
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| Grüne Gentechnologie |
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| Kombination von Abwehrgenen schützt Weizen besser gegen Mehltau |
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| UZH-Pflanzenforscher haben getestet, wie sich neu entwickelte Weizenlinien mit einer verbesserten Resistenz im Freiland verhalten. Sie weisen nach, dass die Kombination von zwei Varianten eines Resistenzgens den Weizen besser gegen die Pilzkrankheit schützt.
Für eine gute Weizenernte braucht es robusten Weizen. Doch dieser wird häufig von Pilzkrankheiten wie Mehltau befallen. Seit mehreren Jahren beschäftigen sich UZH-Wissenschaftler mit einem Gen aus Weizen, das Resistenz gegen den Erreger von Mehltau (Blumeria graminis f. sp. tritici) vermittelt. Dieses Resistenzgen mit der Bezeichnung Pm3 kommt in verschiedenen Varianten, sogenannten Allelen vor.
In vorangehenden Studien bewies das Team um den Pflanzenbiologen Beat Keller, dass Pm3 alleine und sehr effizient Mehltauresistenz vermitteln kann. Ein einzelnes Resistenzgen kann aber schnell seine Wirksamkeit verlieren. Deshalb ist es in der Pflanzenzüchtung wichtig, mehrere Resistenzgene zu kombinieren. Genau dies haben die UZH-Forschenden mit transgenen Weizenlinien in Feldversuchen getestet. |
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Kombination zweier Genvarianten erhöht Mehltauresistenz
Die Forschenden erzeugten neue Weizenlinien, indem sie jeweils zwei transgene Pm3-Weizenlinienkreuzten. Durch die Kreuzungen entstanden vier neue Weizenlinien, die jeweils zwei verschiedene Pm3-Genvarianten enthielten. «Tatsächlich zeigten die vier neuen Weizenlinien im Feld eine verbesserte Mehltausresistenz gegenüber ihren Elternlinien - während der Versuchsjahre von 2015 bis 2017», erklärt Studienerstautorin Teresa Koller.
Keine negativen Auswirkungen auf Weizenertrag
Im Labor wiesen die Wissenschaftler nach, dass sich die Genaktivität der Elternlinien in den Nachkommen summiert. Die einzelnen Pm3-Genvarianten in den vier neuen Linien zeigen die gleiche Aktivität wie in den Elternlinien, wodurch sich die gesamthafte Resistenz, da von zwei Genvarianten stammend, in den Nachkommen erhöht. «Die verbesserte Mehltauresistenz ist sowohl auf die erhöhte Gesamtaktivität als auch auf die Kombination der zwei Pm3-Genvarianten zurückzuführen», fasst Teresa Koller zusammen. Die hohe Gesamtaktivität der Resistenzgene hatte keine negativen Auswirkungen auf die Entwicklung des Weizens sowie dessen Ertrag.
Für Züchtung bei modernen Weizensorten nutzbar
Die Resultate dieser Versuche dienen in erster Linie dem verbesserten Verständnis des Immunsystems der Pflanzen generell, und im Speziellen der Pilzkrankheitsresistenz des wichtigen Grundnahrungsmittels Weizen. Neben dem Beitrag zur Grundlagenforschung am Pflanzenimmunsystem können die Resultate auch in der Weizenzüchtung verwendet werden. Durch das präzise Testen der Pm3-Genvarianten werden die besten Varianten identifiziert und können direkt in der klassischen Züchtung verwendet werden, indem sie in moderne Weizensorten eingekreuzt werden.
Literatur:
Teresa Koller, Susanne Brunner, Gerhard Herren, Severine Hurni, and Beat Keller. Pyramiding of transgenic Pm3 alleles in wheat results in improved powdery mildew resistance in the field. Theoretical and Applied Genetics. January 11, 2018. DOI: 10.1007/s00122-017-3043-9
| Funktion Resistenzgen Pm3 |
| Das Gen Pm3 ist die «Bauanleitung» für ein Protein, das Signale in der Pflanzenzelle wahrnehmen kann, ein Rezeptor. Dieser kann sogenannte Avirulenzproteine, kurz AvrPm3, des Mehltaus erkennen. Der Rezeptor löst sofort den Zelltod der Pflanzenzelle aus, wenn der krankmachende Pilz versucht, das Protein AvrPm3 ins Pflanzenzellinnere zu schleusen. Durch den Tod der attackierten Zellen ist der Rest der Pflanze vor dem Pilz geschützt. Verschiedene Pm3-Genvarianten, sogenannte Pm3-Allele, kodieren für verschiedene Varianten des Rezeptors. Diese Rezeptorvarianten können verschiedene AvrPm3-Proteine des Mehltaus erkennen. |
frühere Studien
Die Gruppe von Prof. Beat Keller identifizierte verschiedene Pm3-Genvarianten in mehltauresistenten Weizensorten aus verschiedenen Weltregionen. Zur Überprüfung der Funktion und Wirksamkeit dieser verschiedenen Pm3-Genvarianten wurden sie mittels gentechnischer Methoden ins Genom der Sommerweizensorte «Bobwhite» eingebaut. «Bobwhite» besitzt selbst kein funktionstüchtiges Pm3-Gen und ist sehr anfällig auf Mehltau. Die transgenen Bobwhite-Weizenlinien, die jeweils eine einzelne Pm3-Genvariante enthalten, wurden im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms NFP59 in den Jahren 2008 bis 2010 in Feldversuchen untersucht. Die Resultate dieser Versuche wurden 2011 und 2012 veröffentlicht.
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Was ist Grüne Gentechnologie?
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Die Gentechnologie - auch Gentechnik genannt - umfasst verschiedene Verfahren und Methoden, mit denen das Erbgut von Organismen gezielt verändert werden kann. Sie baut auf dem Wissen der Genetik und Molekularbiologie auf und reicht vom Verändern einzelner Bestandteile eines Gens (Mutation) bis hin zum Ersetzen eines Gens durch eine andere Variante desselben Gens. Ausserdem können verschiedene Gene neu kombiniert oder auch teilweise oder ganz aus dem Erbgut entfernt werden (Deletion). Nach ihrem Anwendungsbereich benannt, umfasst die Grüne Gentechnologie Veränderungen an Pflanzen, hauptsächlich im Agrarbereich.
Über die EFBS:
Die Eidgenössische Fachkommission für biologische Sicherheit ist eine ausserparlamentarische Kommission, die den Bundesrat im Bereich Gen- und Biotechnologie berät. Sie setzt sich aus 15 unabhängigen Expertinnen und Experten zusammen, die einen unterschiedlichen wissenschaftlichen Hintergrund haben und die grüne Gentechnik aus verschiedenen Perspektiven beurteilen. Ein ausführliches Hintergrundpapier zur grünen Gentechnik sowie allgemeine Informationen zur EFBS und ihrer Arbeit sind zu finden auf der Website www.efbs.admin.ch.
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| Erbfaktoren - Gene - DNA |
Zu den Hauptbestandteilen eines Zellkerns gehören die «Nukleoproteide». «Nukleoproteide» sind Substanzen, die aus «Nukleinsäuren» und einem Protein (Eiweiss) bestehen. Die «Nukleinsäuren» steuern die Bildung der Enzyme in den Zellen. Sie sind damit die Träger der «Erbfaktoren = Gene = Genome». Eine wichtige «Nukleinsäuren» ist die «Desoxyribonukleinsäure (DNS)». Die DNS wird auch DNA (engl. A = Acid = Säure) genannt. Die DNS ist in den Chromosomen lokalisiert. Bei der Zellkernteilung werden die Chromosomen längs geteilt. Jeder der geteilten Zellkerne enthält jeweils die Hälfte jedes einzelnen Chromosoms.
Die DNA enthält den gesamten Bauplan eines Organismus. Aufgrund dieser Anleitung weiss jede Zelle, wie sie sich entwickeln und welche Aufgabe sie erfüllen muss.
Die Chromosomen (griech: Farbkörper) befinden sich in den Zellen von Lebewesen. Der wichtigste Bestandteil der Chromosomen ist bei den meisten Lebewesen die «Desoxyribonucleinsäure (DNS). Die Chromosomen sind die Träger der Erbanlagen. Die Reihenfolge der Gene in den Chromosomen ist ein wichtiger Indikator für die Identität eines Lebewesens. |
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| Protected Site |
| ein umzäuntes und bewachtes Versuchsfeld für wissenschaftliche Versuche mit gentechnisch veränderten Pflanzen |
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