Menschen züchten seit Jahrtausenden nach wünschenswerten Pflanzen- und Tiermerkmalen, indem sie ihre Nachkommen auswählen und kreuzen. Jetzt nehmen Forscher der Universität Kopenhagen eine natürliche Abkürzung, um nützliche Veränderungen zu fördern, indem sie ein spezielles Bakterium verwenden, das seine Gene in Pflanzen übertragen kann.
Vor Millionen von Jahren fand ein einzigartiges Bakterium seinen Weg an die Oberfläche eines Wurzelgemüses – vielleicht irgendwo in Mittel- oder Südamerika. Es katalysierte eine Art Auswuchs langer Wurzeln. Eines Tages keimte eine der Wurzeln und entwickelte sich zu einer neuen Pflanze mit neuen Eigenschaften.
Dies ist die verkürzte Geschichte, wie eine unserer ältesten Nutzpflanzen entstanden ist. Eine Pflanze, deren Knollen wir heute als Süßkartoffeln kennen. Tee und zahlreiche andere Pflanzen haben ähnliche Umwandlungen erfahren. Gemeinsam ist ihnen, dass sie neue Gene und Eigenschaften von Rhizobium rhizogenes erhalten haben, einem Bakterium mit der besonderen Fähigkeit, seine Gene in Wirtspflanzen zu übertragen und diese dadurch zu transformieren.
„Dieses unglaubliche Bakterium kann einige seiner Gene in einem Prozess namens Transformation in Pflanzen einfügen. Dies kann eine Reihe neuer Vorteile bieten – und manchmal auch einige Nachteile. Als Forscher können wir diesen Prozess nachbilden und beschleunigen und die besten Ergebnisse auswählen verbesserte Blütenpflanzen, Nutzpflanzen, Lebensmittel und vieles mehr auf sehr natürliche Weise produzieren, so wie es die Natur vor Millionen von Jahren tat“, erklärt Henrik Lütken vom Fachbereich Pflanzen- und Umweltwissenschaften der Universität Kopenhagen.
Lütken bezeichnet Rhizobium rhizogenes gerne als sein „Lieblingsbakterium“, und die Arbeit mit seinem bakteriellen Bestie hat für ihn Früchte getragen in Form von greifbaren Ergebnissen und noch größeren Möglichkeiten für die Zukunft. Unter anderem hat sein Forschungsteam nutzten das Bakterium, um eingetopfte Kalanchoe-Pflanzen zu züchten die kompakter sind – eine Eigenschaft, die vom Gartenbausektor gewünscht wird.
„Herkömmlicherweise wurden chemische Wachstumshemmer verwendet, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen, aber mit Hilfe dieses Bakteriums und seiner Gene haben wir Pflanzen entwickelt, denen diese Eigenschaften innewohnen. Tatsächlich sind sie jetzt marktreif“, sagt er Henrik Lütken.
Dürreresistenz kann EU-Pflanzen helfen
Bei der Arbeit mit den Topfpflanzen bemerkten Lütken und sein Forschungsteam, dass die transformierten Pflanzen auch deutlich mehr und längere Wurzeln hatten, was zu einer Hypothese führte: Vielleicht könnten die bakteriellen Gene dazu beitragen, Pflanzen trockenheitsresistenter zu machen.
„Wir sind gerade dabei, dies in einem Villum-Experiment-Projekt nachzuweisen, indem wir sowohl wilde als auch natürlich veränderte Pflanzen in einem Dürre-Experiment testen“, erklärt Lütken.
Die Ergebnisse könnten sich als wichtig erweisen. Der Klimawandel hat in Südeuropa bereits eine Vielzahl von Kulturpflanzen unter Druck gesetzt, und die EU bleibt gentechnisch veränderten Pflanzen verschlossen.
Wenn die europäische Anti-GVO-Politik beibehalten wird, könnte Rhizobium rhizogenes dazu beitragen, eine natürlichere Entwicklung von dürreresistenten Pflanzen zu beschleunigen, da die Methode die natürliche Genetik des Bakteriums nicht verändert. Daher fällt es nicht unter die GVO-Definitionen.
„Bisher haben wir positive Ergebnisse bei der Transformation von Raps erzielt, wo wir trotz etwas geringerer Erträge glauben, dass bessere Öle und gestärkte Wurzelsysteme die Pflanze trockenheitsresistenter machen werden. Raps ist eine in großem Umfang angebaute und wichtige Kulturpflanze in Dänemark . Es gibt jedoch auch südeuropäische Nutzpflanzen, mit denen es interessant sein könnte, zu arbeiten“, sagt Henrik Lütken.
Einer davon ist Rucolasalat, eine wichtige Winterernte in Italien und anderen von Dürre betroffenen europäischen Ländern. In den letzten Jahren ist die Pflanze durch geringere Niederschläge klimatisch unter Druck geraten. Da Rucolasalat mit Raps verwandt ist, könnte es laut Lütken gute Möglichkeiten geben, mit seinem Lieblingsbakterium trockenheitsresistente Versionen der Pfefferpflanze zu entwickeln.
Erschüttert das Verständnis von GVO
Seit Jahrtausenden verändert der Mensch Pflanzeneigenschaften. Betrachten Sie die große Auswahl an köstlichen Äpfeln, die uns zur Verfügung stehen, deren Ursprung eine kleine saure Frucht war, von der vor Zehntausenden von Jahren niemand wirklich gerne einen Bissen nahm. Durch das Züchten und Kreuzen der größten, schönsten und schmackhaftesten Exemplare veränderten die Menschen nach und nach Apfelbäume, um sie ihren Bedürfnissen und Geschmäckern anzupassen. In jüngster Zeit sind GVO zu einem schnelleren und – manche würden sagen – radikaleren Ansatz geworden.
„Transformationen mit dem Bakterium Rhizobium rhizogenes können irgendwo dazwischen liegen. Die Gene des Bakteriums beschleunigen die Veränderungen, die wir vornehmen können, also ist es im Grunde ein beschleunigter natürlicher Prozess. Obwohl der Prozess hier wild ist – und einer, in dem sowohl gut als auch schlechte Eigenschaften entstehen. Die guten Exemplare können dann kultiviert und miteinander gekreuzt werden, um schließlich Pflanzen zu erhalten, die sich hauptsächlich durch ihre vorteilhaften Eigenschaften auszeichnen“, sagt Lütken.
Wir konsumieren bereits Lebensmittel, deren Gene evolutionär durch Rhizobium rhizogenes beeinflusst wurden, und die Methode hat bereits Spuren in Lebensmitteln hinterlassen. Dennoch betont Henrik Lütken, dass die Umstellung von Topfpflanzen auf Lebensmittel ein großer Schritt ist, der richtig gemanagt werden muss.
„Diese Methode erschüttert, wie wir etwas als GVO bezeichnen oder nicht. Es verschiebt Grenzen und macht das ganze Thema weniger schwarz und weiß. Etwas längerfristig gibt es eindeutig Perspektiven für Nahrungspflanzen, aber wenn wir uns von Zierpflanzen zu Pflanzen bewegen Bei Lebensmitteln ist es entscheidend, dass wir sowohl mit den Behörden als auch mit anderen interessierten Parteien gut kommunizieren. Es ist wichtig, dass alles flächendeckend überprüft wird“, sagt er.
Herkömmliche GVO-Pflanzen werden mit Hilfe von Bakterien entwickelt, mit denen andere als ihre eigenen Gene eingefügt werden. Da bei der Methode mit Rhizobium rhizogenes nur die eigenen Gene des Bakteriums übertragen werden, fällt sie nicht unter die EU-Definition eines GVO.
Laut Henrik Lütken überträgt das Bakterium seine Gene auf Pflanzen, weil die daraus resultierenden Auswüchse haarige Wurzeln sind, die herausragen und Nährstoffe für das Bakterium entwickeln.
Wie und warum Bakterien wie Rhizobium rhizogenes in der Lage sind, Gene in so weit von sich entfernte Organismen wie Pflanzen einzufügen, ist ein aktives Forschungsgebiet mit vielen unbeantworteten Fragen. Allerdings ist unter anderem klar, dass Rhizobium rhizogenes seine Gene nicht auf den Menschen übertragen kann.
Natürliche Transformationen in Tee, Tabak und Reis
Die Forscher entdeckten eine Reihe von Pflanzen, die sogenannte root oncogenic loci (rol)-Gene enthalten. Diese Gene stammen aus dem Bakterium Rhizobium rhizogenes und wurden vor Millionen von Jahren in eine Vielzahl von Pflanzen eingeführt.
Dies geschah in einem natürlichen Prozess, bei dem es den Haarwurzeln gelang, neue Pflanzen zu fördern, indem nur die Hormone verwendet wurden, die in den Pflanzen selbst vorkommen.
Einige der Pflanzen, die diese natürliche Umwandlung durchgemacht haben, gehören zu unseren ältesten Speisesorten, darunter die Süßkartoffel, die seit etwa 10.000 Jahren von Menschen angebaut wird.
Weitere Beispiele sind Tee, Tabak und Reis sowie in Dänemark und Nordeuropa beheimatete Pflanzen wie der Grüne Ehrenpreis (Veronica agrestris) und das Leinkraut (Linaria vulgaris).
Über die Forschung
Sterilisierte Pflanzenstecklinge, die von allen anderen Bakterien gereinigt wurden, werden in eine flüssige Lösung mit dem Bakterium getaucht (inokuliert).
Nach ein paar Tagen hat das Bakterium seine Gene wie auf natürliche Weise zu seinem eigenen Vorteil eingebaut. Dies ist der Teil, der als Transformation bekannt ist. Dann ist es an der Zeit, das Bakterium zu entfernen, damit es nicht überhand nimmt und die Pflanze schädigt.
Schließlich beginnen behaarte Wurzeln herauszuwachsen, die abgeschnitten und weiter wachsen können.
Diesen Wurzeln werden dann Hormone zugesetzt, um sie zu „überreden“, Triebe zu bilden. Diese Hormone sind bereits in der Pflanze vorhanden, aber durch eine Veränderung des Gleichgewichts kann den Wurzeln bei diesem Prozess geholfen werden.
Schließlich werden die winzigen Triebe in Erde gepflanzt, wo sie zu neuen Pflanzen heranwachsen.