Die genetische Veränderung von Gartenbaukulturen, insbesondere innerhalb der Familie der Kürbisgewächse, wird häufig durch komplexe Anforderungen an die Gewebekultur und Umweltbelastungen wie den Klimawandel behindert. Traditionelle Transformationstechniken wie der Agrobacterium-vermittelte Gentransfer stoßen häufig auf Hindernisse, die ihren Erfolg bei bestimmten Pflanzenarten einschränken.
Magnetofektion, eine neuartige Methode zur DNA-Freisetzung unter Verwendung magnetischer Nanopartikel, stellt eine vielversprechende Alternative zu diesen herkömmlichen Ansätzen dar. Angesichts dieser anhaltenden Herausforderungen werden dringend innovative Systeme zur Genfreisetzung benötigt, um die Gentechnik bei Nutzpflanzen voranzutreiben.
Durchgeführt von Wissenschaftlern der Pusan National University und veröffentlicht In GartenbauforschungDiese Studie stellt eine fortschrittliche Pollen-Magnetofektionstechnik zur Entwicklung genetisch veränderter Gurken vor.
Mithilfe magnetischer Nanopartikel gelang es Forschern, exogene DNA in Gurkenpollen zu übertragen und damit die Einschränkungen traditioneller Gewebekulturmethoden effektiv zu umgehen. Dieser Durchbruch in der Gentechnik bietet eine direktere und effizientere Möglichkeit zur Erzeugung gentechnisch veränderter Pflanzen und läutet eine neue Ära der Agrarbiotechnologie ein.
Im Mittelpunkt der Forschung stand die Weiterentwicklung einer auf Gurken zugeschnittenen Pollen-Magnetofektionsmethode. Durch den Einsatz positiv geladener magnetischer Fe3O4-Nanopartikel als DNA-Träger wurden die exogenen Gene in die Pollenöffnungen eingeführt. Nach der Magnetofektion wurde der behandelte Pollen manuell auf die Narbe weiblicher Gurkenblüten aufgetragen, wodurch gentechnisch veränderte Samen erzeugt wurden.
Besonders bemerkenswert ist, dass die Lebensfähigkeit des Pollens während des gesamten Prozesses erhalten blieb und die Genexpression im transformierten Pollen im Laufe der Zeit beobachtet wurde. Die wichtigsten Ergebnisse zeigten, dass die Effizienz der Genexpression bei verschiedenen Promotoren erheblich variierte, wobei der OsMTD2-Promotor (Mitochondrial Targeting Domain, MTD) den p35S-Promotor übertraf.
Die gentechnisch veränderten Samen zeigten eine robuste Genexpression in den Keimblättern und Wurzeln der T1-Keimlinge. Trotz Herausforderungen wie niedrigeren Genintegrationsraten bestätigte die Studie die Durchführbarkeit dieser Technik zur Gurkentransformation und unterstrich ihre potenzielle Anwendung bei anderen Nutzpflanzenarten.
Dr. Yu-Jin Kim, leitender Forscher an der Pusan National University, sagte: „Unsere Ergebnisse unterstreichen die Pollen-Magnetofektion als flexiblen und effizienten Ansatz zur genetischen Transformation bei Gurken. Diese Technik umgeht die Herausforderungen der herkömmlichen Gewebekultur und bietet eine schnellere und zugänglichere Methode zur Erzeugung gentechnisch veränderter Pflanzen. Zukünftige Forschung könnte ihre Anwendbarkeit auf andere wichtige Nutzpflanzen ausweiten und so innovative Lösungen für eine nachhaltige Landwirtschaft vorantreiben.“
Die erfolgreiche Anwendung der Pollenmagnetofektion bei Gurken eröffnet neue Möglichkeiten für die Verbesserung von Nutzpflanzen und genetische Studien. Diese Technik dient als praktische Alternative zu herkömmlichen Transformationsmethoden und verbessert genetische Modifikationsprozesse bei einer Reihe von Pflanzenarten.
Die weitreichenden Auswirkungen dieser Technologie gehen weit über Gurken hinaus und bieten Möglichkeiten zur Entwicklung widerstandsfähigerer und nährstoffreicherer Nutzpflanzen, die für die Bewältigung globaler landwirtschaftlicher Herausforderungen wie Klimawandel und Ernährungssicherheit von entscheidender Bedeutung sind. Eine weitere Verfeinerung könnte ihr Potenzial erweitern und sie auf komplexere Pflanzengenome und -merkmale anwendbar machen.
Weitere Informationen:
Chan-Woo Park et al., Magnetofected pollen gene delivery system could generate genetically modified Cucumis sativus, Gartenbauforschung (2024). DOI: 10.1093/hr/uhae179