Neue Züchtungstechniken für höhere Rapserträge

Regeneration von Rapssprossen in der Petrischale nach Crispr-Cas Mutagenese. Quelle: Foto: Janina Braatz (idw)

Neue Methoden zur gezielten Veränderung der Erbinformationen machen unter dem Begriff „Genome Editing“ seit einigen Jahren Schlagzeilen. Zahlreiche Beispiele belegen die Anwendungsmöglichkeiten bei unterschiedlichen Lebewesen wie Mikroorganismen, Tieren, Pflanzen und sogar beim Menschen. Die Anwendung bei Nutzpflanzen fasst man auch unter dem Begriff „Neue Züchtungstechniken“ zusammen.

Blühende Rapspflanzen im Feld. Quelle: Foto: Janina Braatz (idw)

Inzwischen gibt es zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten über die Veränderungen bei Modell- und auch bei Nutzpflanzen wie Weizen, Reis oder Soja. Raps ist nach der Sojabohne die zweitwichtigste Ölpflanze der Welt und die einzige Ölpflanze von Bedeutung in unseren Breiten. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) ist es nun erstmals gelungen, Ölraps gezielt mit Hilfe einer solchen „Genome Editing“-Methode, der sogenannten CRISPR-Cas-Technologie, zu verändern und die Übertragung auf nachfolgende Generationen nachzuweisen. Die Arbeit wurde kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Plant Physiology veröffentlicht.

Die CRISPR-Cas-Technologie ermöglicht es, eine präzise Veränderung an einem genau definierten Sequenzabschnitt innerhalb eines Genoms vorzunehmen. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Gen mit einer unerwünschten Funktion ausgeschaltet werden. Der Raps bereitet besondere Probleme, weil von jedem seiner Gene zwischen zwei und sechs Kopien vorliegen. Man spricht hier von einer polyploiden Pflanze. Diese Genkopien gleichzeitig auszuschalten, war mit herkömmlichen Methoden genetischer Veränderungen bisher unmöglich. Um eine solche sogenannte Mutagenese beim polyploiden Raps zu erreichen, sind also chemische Mutagenese oder Bestrahlung nicht nutzbar. Dem Kieler Forschungsteam am Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung unter der Leitung von Professor Christian Jung ist es nun gelungen, alle Kopien eines Gens auszuschalten, das die Platzfestigkeit der Rapsschoten kontrolliert. Dies eröffnet neue Perspektiven für die Züchtung von Rapssorten, deren Schoten nicht schon vor oder während der Ernte platzen, was erhebliche Ertragssteigerungen erlauben könnte.

„Wir haben die einmalige Möglichkeit, unsere Pflanzen im Vergleich mit anderen Rapsmutanten anzubauen, die durch zufällige chemische Mutagenese erzeugt worden sind“, sagt Janina Braatz, die als Doktorandin unter der Leitung von Dr. Hans Harloff die CRISPR-Cas Versuche durchgeführt hat. „Während die CRISPR-Cas Pflanzen nur über je eine Mutation an einer präzise vorhergesagten Stelle im Genom verfügen, haben in den herkömmlich mutagenisierten Pflanzen etwa einhunderttausend Mutationen stattgefunden, die bis auf eine einzige unbekannt sind. Derartige Pflanzen haben einen deutlichen Fitnessnachteil und sind nicht für die Sortenzüchtung direkt verwendbar“, so Braatz weiter.

Es wird also erwartet, dass die CRISPR-Cas modifizierten Pflanzen unter Feldbedingungen eine deutlich bessere Leistung zeigen, als die Pflanzen, die durch chemische Mutagenese entstanden sind. Insgesamt zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass polyploide Nutzpflanzen mittels „Genome Editing“ hocheffizient genetisch verändert werden können. Auf diese Weise eröffnen sich völlig neue Perspektiven für die gezielte Veränderung von Pflanzengenomen und somit für die züchterische Verbesserung und damit langfristig für Ertragssteigerungen bei Nutzpflanzen.

Das Forschungsprojekt wurde von der Stiftung Schleswig-Holsteinische Landschaft gefördert.

Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (idw)