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27.1.2009 | Von:
Frank Kempken

Mit Grüner Gentechnik gegen den Hunger?

Resistenz gegen abiotischen Stress

Unter abiotischen Stressfaktoren werden solche verstanden, die nicht durch konkurrierende Pflanzen, Fraßschäden oder pathogene Organismen verursacht werden, sondern durch Trockenheit, Hitze, Kälte oder hohe Salzkonzentrationen. Diese Faktoren können auch in Kombinationen auftreten und führen in der Regel zu einem geringeren Ertrag. Ziel der Pflanzenzüchtung ist es daher, Sorten zu erzeugen, die unter solchen abiotischen Stressbedingungen einen gleich hohen oder sogar höheren Ertrag liefern als unter normalen Bedingungen. Insbesondere die Anpassung an Trockenheit ist ein essentieller Aspekt, da viele Anbaugebiete z.B. in Afrika davon bedroht sind. Durch den Klimawandel ist jedoch auch in Europa mit einer Zunahme von Wetterextremen wie etwa trockenen Sommern zu rechnen. In Südeuropa sind Trockenheit und Wassermangel bereits jetzt ein ernst zu nehmendes Problem. Weltweit müssen knapp 20 % aller Agrarflächen regelmäßig bewässert werden, wofür etwa 80 % des Welt-Wasserverbrauchs aufgewendet werden.[12] Der Klimawandel wird den Wasserbedarf der Landwirtschaft sogar noch weiter steigen lassen. Doch die Bewässerung der Felder ist keine dauerhafte Lösung. In heißen Trockengebieten mit starker Sonneneinstrahlung kann eine unsachgemäße oder übermäßige Bewässerung die Versalzung der Böden zur Folge haben. Durch Bewässerung mit Grundwasser wird dieser Prozess noch verstärkt, denn dieses enthält weit mehr Salze als zum Beispiel Regenwasser.[13] Mit steigendem Salzgehalt im Boden wird die Wasseraufnahme der Pflanzen zunehmend eingeschränkt. In Ländern wie China, Indien, Australien oder den USA sind dadurch bereits erhebliche örtliche Ertragseinbußen zu verzeichnen.

In der klassischen Pflanzenzüchtung wird schon sehr lange versucht, Nutzpflanzen zu gewinnen, die Trockenzeiten ohne Ertragseinbußen überstehen oder nur in geringem Maße bewässert werden müssen. Dabei geht man von Wildarten von Kulturpflanzen aus, die von Natur aus eine erhöhte Trocken- oder Salztoleranz besitzen. Hierfür werden zunehmend auch molekulargenetische Methoden zur Identifizierung der gewünschten Eigenschaften eingesetzt, ohne dass gentechnisch veränderte Pflanzen erzeugt werden. Damit sind aber von vornherein enge Grenzen gesetzt, die sich durch die natürlichen Kreuzungsbarrieren ergeben. Dennoch wurde mit dieser Methode zum Beispiel eine Maissorte gezüchtet, die auch bei Wassermangel eine Ertragssteigerung von 50 Prozent aufweist.[14]

Mit Hilfe der Gentechnik können Gene aus völlig verschiedenen Pflanzengruppen oder sogar aus Tieren oder Mikroorganismen eine Verwendung in der Pflanzenzüchtung finden. In den vergangenen Jahren wurde eine ganze Reihe von Genen identifiziert, die mit der Toleranz gegen Trockenheit im Zusammenhang stehen. So wurde zum Beispiel ein so genanntes Trehalose-Gen in Reispflanzen eingebracht.[15] In Pflanzen fehlt dieser Zucker mit der bemerkenswerten Ausnahme der so genannten "Auferstehungspflanzen", die lange Dürrezeiten überstehen können. Auf der zellulären Ebene der Pflanzen hilft Trehalose dabei, Zellstruktur und Zellfunktion während starker Belastung durch schlechte Umweltbedingungen zu bewahren bzw. Funktion und Effizienz danach wieder aufzunehmen.

Diese transgenen Trehalose-Reispflanzen reagieren unter einer Reihe von Umweltbelastungen weitaus robuster als herkömmliche Reissorten. Außerdem sind sie effizienter beim Prozess der Photosynthese, wodurch sich die höhere Produktivität erklärt.

Nicht selten sind mehrere Gene an der Ausprägung der Trockenresistenz beteiligt. In solchen Fällen müssen dann alle diese Gene gleichzeitig in transgene Pflanzen übertragen werden. Tatsächlich ist das erfolgreich durchgeführt worden, und die betreffenden Pflanzen zeigten in Labor-, Gewächshaus- oder Freilandversuchen die erwünschte Trockentoleranz.

Mit solchen Pflanzen können zukünftig Flächen landwirtschaftlich genutzt werden, die bislang hierfür ungeeignet waren. Davon könnten auch die Artenvielfalt und das Weltklima profitieren - wird hierdurch doch die Notwendigkeit zur Nutzung von schützenswerten Arealen wie etwa den Regenwäldern reduziert. Allerdings sind durchaus noch etliche Probleme zu lösen. Die Regulation der Trockentoleranz ist noch verbesserungsbedürftig. Die dauerhafte Aktivierung der Stressgene führt nämlich dazu, dass die Pflanzen unter normalen Bedingungen schlechter wachsen und daher auch einen schlechteren Ertrag bringen. Daher werden spezifische Genregulatoren benötigt, die nur unter Stressbedingungen die Stressgene einschalten. Trotz dieser Probleme wird bei Mais, Reis und Weizen damit gerechnet, entsprechende Sorten in drei bis sieben Jahre zur Marktreife zu bringen.

Fußnoten

12.
Alois Payer, Einführung in die Entwicklungsländerstudien, Online-Skript der HBI Stuttgart, 2001; http://www.payer.de/entwicklung/entw02.htm (1.12. 2008).
13.
Vgl. www.transgen.de/pflanzenforschung/
anbaueigenschaften/786.doku.html (9.12. 2008).
14.
Vgl. ebd. (2.12. 2008).
15.
Vgl. Suprasanna Penna, Building stress tolerance through over-producing trehalose in transgenic plants, in: Trends in Plant Science, 8 (2003) 8, S. 355 - 357.