Camelina sativa (L.) Crantz. ist in Europa und Zentralasien beheimatet und wird in Europa, Asien und Nordamerika als Ölsaat angebaut. Es ist nicht nur reich an Nährstoffen, wie zum Beispiel einem hohen Gehalt an ungesättigten Fettsäuren, sondern verfügt auch über wertvolle agronomische Eigenschaften.
Die Gentechnik hat unter anderem den Ertrag, die Fettsäurezusammensetzung und die Trockenresistenz von Leindotter verbessert. Allerdings birgt die Aufnahme transgener Leindotter in die Agrarlandschaft ein hohes Risiko im Zusammenhang mit der Einschleppung von Transgenen in verwandte landwirtschaftliche und wildlebende Verwandte.
Vorhandene Forschungsergebnisse zeigen einen erheblichen pollenvermittelten Genfluss (PMGF) von transgenen Leindottern zu nicht-transgenen Leindottern und den wilden Verwandten, was Anlass zur Sorge gibt. Daher werden Bioconfinement-Strategien wie Kleistogamie (Selbstbestäubung ohne Öffnen der Blütenblätter) erforscht, um unbeabsichtigtes PMGF zu verhindern und einen nachhaltigen Einsatz transgener Leindotter sicherzustellen.
Gartenbauforschung veröffentlichte eine Perspektive mit dem Titel „Entwickelte Kleistogamie in Camelina sativa für Bioconfinement.“
In dieser Studie wollten die Forscher die Auswirkungen der Überexpression des PpJAZ1-Gens auf das Öffnen der Blütenblätter bei Leindotter untersuchen. Hierzu wurde das PpJAZ1-Gen mithilfe der Floral-Dip-Methode stabil in Leindotter transformiert.
Von den 83 entwickelten unabhängigen T1-Überexpressionslinien zeigten 17 Hinweise auf eine einzelne T-DNA-Insertion. Bei der Analyse der phänotypischen Unterschiede zwischen transgenem und nicht-transgenem Leindotter wurden vor der Blüte keine Unterschiede beobachtet. Als die Pflanzen jedoch zu blühen begannen, waren deutliche Unterschiede in der Öffnung der Blütenblätter erkennbar.
Leindotterblüten haben vier Entwicklungsstadien, nämlich das Blütenknospenstadium (Tag 0), das Anthesesstadium (Tag 1), das Nachblütestadium (Tag 2) und das Fruchtbildungsstadium (Tag 3). Die Forscher beobachteten, dass der phänotypische Unterschied zwischen den Überexpressionslinien und dem nicht-transgenen Leindotter nur auf dem Grad der Kleistogamie in den Überexpressionslinien am ersten Tag beruhte.
Die PCR-Amplifikation bestätigte die Integration des PpJAZ1-Gens in alle neun ausgewählten Überexpressionslinien. Echtzeit-RT-PCR ergab eine bis zu 20-fache Überexpression von PpJAZ1 in den Blättern dieser Linien, die Genexpressionsniveaus korrelierten jedoch nicht eng mit den Kleistogamieniveaus.
Bei einer weiteren Untersuchung der Auswirkung der PpJAZ1-Überexpression auf den Samenertrag stellten sie fest, dass ein Fruchtabbruch nur an den Hauptzweigen der transgenen Linien beobachtet wurde und offenbar mit dem Grad der Kleistogamie korrelierte. Im Vergleich zu den nicht-transgenen Pflanzen wurde bei einigen transgenen Linien eine Verringerung der Silikulazahl pro Pflanze und der Samenzahl pro Pflanze um bis zu 20–50 % festgestellt. Hinsichtlich des Samengewichts wurden jedoch keine signifikanten Unterschiede festgestellt.
Die Studie untersuchte auch die Auswirkung der Überexpression von PpJAZ1 auf die Lebensfähigkeit von Pollen. Die Pollenkeimungsraten zeigten, dass die transgenen Pflanzen an den Tagen 2 und 3, als die Blüte ihre Blütezeit beendete und die Blütenblätter abzufallen begannen, eine verringerte Pollenlebensfähigkeit aufwiesen. Um schließlich die Wirkung des überexprimierten PpJAZ1 auf PMGF unter Freilandbedingungen zu bestimmen, wurden zwei Feldversuche mit der PpJAZ1-Überexpressionslinie Nr. 21 und der transgenen Leindotterlinie, die das GUSPlus-Reportergen überexprimierte (Kontrolllinie), durchgeführt.
Während es je nach Entfernung und Windrichtung Unterschiede in den Hybridverhältnissen gab, zeigte die PpJAZ1-Überexpressionslinie im Vergleich zur GUSPlus-Kontrolllinie ein deutlich geringeres Hybridverhältnis. Daher schränkte das überexprimierte PpJAZ1 PMGF unter Feldbedingungen dramatisch ein.
Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass überexprimiertes PpJAZ1 unter Feldbedingungen PMGF von transgenem Leindotter zu nicht-transgenem Leindotter dramatisch hemmte und zur Biobegrenzung bei anderen Dikotyledonenarten verwendet werden könnte, um einen umweltverträglichen Einsatz transgener Pflanzen sicherzustellen.
Mehr Informationen:
Debao Huang et al., Gentechnisch veränderte Kleistogamie in Camelina sativa zur Biobegrenzung, Gartenbauforschung (2022). DOI: 10.1093/hr/uhac280