Forscher haben die Leistungsfähigkeit des Genom-Editierungssystems CRISPR/Cas9 genutzt, um die Naturkautschukproduktion im Kautschuk-Löwenzahn (Taraxacum kok-saghyz) zu steigern. Die Effizienz und Präzision des CRISPR-Systems bieten einen vielversprechenden Weg zur Bewältigung der Herausforderungen, mit denen die Gummiindustrie konfrontiert ist.
Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Tagebuch J. Amer. Soc. Hort. Wissenschaft..
Der Artikel betont die mögliche Anwendung von CRISPR/Cas9 im Kautschuklöwenzahn, Taraxacum kok-saghyz, einer Industriepflanze, die eine alternative Quelle für Naturkautschuk darstellen soll. Der Parakautschukbaum, die derzeitige Hauptquelle für Naturkautschuk, ist mit Herausforderungen wie Pilz- und Viruspathogenen konfrontiert, die zu Produktionsverlusten führen. Kautschuk-Löwenzahn, eine einjährige Kulturpflanze, die in gemäßigten Klimazonen wachsen kann, könnte das Kautschukangebot diversifizieren. Allerdings behindern das langsame Wachstum, die geringe Unkrautkonkurrenz und die kurze Vegetationsperiode eine kostengünstige Feldproduktion.
Die Forscher schlagen vor, CRISPR/Cas9 zu verwenden, um die Menge an Naturkautschuk im Kautschuk-Löwenzahn zu erhöhen, indem sie auf den Inulin-Biosyntheseweg abzielen. Inulin, das wichtigste Speicherkohlenhydrat im Gummilöwenzahn, konkurriert mit der Gummiproduktion um Kohlenstoff, der aus CO2 assimiliert wird. Durch die Unterdrückung der Inulin-Biosynthese wollen die Forscher den Kohlenstoff in die Kautschukproduktion umlenken. Der Artikel beschreibt einen CRISPR/Cas9-gesteuerten Geneditierungsansatz zur Mutagenisierung des 1-Fructan:Fructan-1-Fructosyltransferase-Gens (1-FFT), einem Schlüsselenzym in der Inulinbiosynthese.
Dieser Durchbruch verspricht eine nachhaltigere und vielfältigere Versorgung mit Naturkautschuk und verringert die Abhängigkeit der Industrie von einer einzigen tropischen Pflanze, dem Parakautschukbaum. Mit seiner Fähigkeit, in gemäßigten Klimazonen zu gedeihen und als einjährige Kulturpflanze mechanisch angebaut zu werden, erweist sich Gummilöwenzahn als widerstandsfähige Alternative angesichts von Herausforderungen wie Pilz- und Viruspathogenen, die die traditionelle Gummiproduktion beeinträchtigen.
Die Forschung stellt einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der Gentechnik zur Verbesserung von Nutzpflanzen dar und eröffnet Möglichkeiten für eine verbesserte agronomische Leistung und eine nachhaltige Kautschukproduktion. Da die weltweite Nachfrage nach Naturkautschuk weiter steigt, könnten Innovationen wie die CRISPR/Cas9-gesteuerte Genombearbeitung bei Kautschuklöwenzahn eine entscheidende Rolle bei der Sicherung einer widerstandsfähigen und vielfältigen Lieferkette spielen.
Laut Autor: „Die kornische Forschungsgruppe widmet sich der biologischen und geografischen Diversifizierung des Naturkautschukangebots. Dies ist wichtig, da der gesamte Naturkautschuk derzeit aus klonalen Kautschukbäumen hergestellt wird, die in tropischen Ländern angebaut werden. Erweiterung der Anbaufläche, um der steigenden Nachfrage gerecht zu werden.“ ist aufgrund des Klimawandels und eines weltweiten Moratoriums für die Abholzung von Regenwäldern sehr begrenzt.
„Außerdem besteht bei diesen Klonbäumen das Risiko eines katastrophalen Ernteausfalls, und es werden Alternativen benötigt, um einem Zusammenbruch vorzubeugen. Unsere Forschung ist in die gesamte Wertschöpfungskette integriert, von der Verbesserung des Keimplasmas über die Pflanzenproduktion, den Extraktionsprozess, die Materialcharakterisierung bis hin zur Prototypenentwicklung im Rahmen des übergeordneten Ziels einer nachhaltigen Produktion.“
Dr. Cornish ist Ohio Eminent Research Scholar, Bioemergent Materials, im Department of Horticulture and Crop Science der Ohio State University
Mehr Informationen:
Menaka Ariyaratne et al., CRISPR/Cas9-vermittelte gezielte Mutagenese der Inulinbiosynthese in Gummilöwenzahn, J. Amer. Soc. Hort. Wissenschaft. (2023). DOI: 10.21273/JASHS05311-23