Genetische Veränderungen steigern die Krankheitsresistenz von Pflanzen

Eine neue, vom EU-geförderten TRIFORC-Projekt unterstützte Studie zeigte, dass bei einer Pflanze durch Veränderung des genetischen Codes einer Aminosäure ein Prozess ausgelöst wird, durch den ein neues, natürliches Produkt entsteht, das auf vielerlei Weise eingesetzt werden könnte – etwa um die Resistenz der Pflanze gegenüber Krankheiten zu steigern.

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Pflanzen, die von mächtigen Bäumen bis hin zur Maispflanze die unterschiedlichsten Formen annehmen können, produzieren unzählige verschiedene Verbindungen. Diese sind dem Menschen als Vitamine, Antibiotika oder Krebsmedikamente von großem Nutzen, jedoch häufig viel zu komplex, um sie im Labor künstlich herstellen zu können. Daher werden sie aus den Pflanzen extrahiert, in denen sie natürlich vorkommen.

Diese neue Studie, die in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlicht wurde, war auf Triterpene konzentriert, eine große Gruppe natürlicher Pflanzenprodukte mit zahlreichen biologischen Funktionen und potenziellen Anwendungen in der Medizin (beispielsweise als antimikrobielle Substanzen), Industrie (z. B. als Entschäumer) oder sogar als natürliches Süßungsmittel mit deutlich höherer Süßkraft als Zucker.

Die Forscher heben insbesondere hervor, wie die Veränderung des genetischen Codes einer Aminosäure einer Pflanze einen Prozess auslöst, der Form und Funktion eines Enzyms so verändert, dass ein chemischer Vorläuferstoff durch dieses Enzym anders gefaltet wird. Durch dieses „chemische Origami“ entsteht ein neues Produkt mit einer Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. Im Rahmen dieser Studie veränderten die Forscher eine Aminosäure eines Enzyms – so wurde ein Prozess ausgelöst, bei dem ein natürliches Produkt entsteht, dass die Resistenz einer Haferpflanze gegenüber im Boden vorkommenden, schädlichen Pilzen steigert. Dieses Verfahren soll, so hoffen die Forscher, auch für andere Nutzpflanzen anwendbar sein, sodass diese besser geschützt und die Erträge gesteigert werden können.

Pflanzen stellen kleine Chemieanlagen dar, die verändert werden können, um bestimmte chemische Verbindungen zu produzieren. Viele dieser Verbindungen könnten in der Zukunft neue Möglichkeiten eröffnen, die sich heute noch nicht vollständig überblicken lassen. Wird die Art und Weise verändert, auf die ein Vorläuferstoff durch ein Enzym gefaltet wird, führt dies zu einer neuen Verbindung. Dies verhält sich etwa so, als würde man die Blaupause einer Werkzeugmaschine verändern, die in Automobil- oder Kühlschrankfabrik eingesetzt wird.

„Die Veränderung oder Modifikation von Pflanzen ist nichts völlig Neues. Wir machen es seit tausenden von Jahren“, sagte Robert Minto, Ko-Autor der Studie und Associate Professor für Chemie und Chemische Biologie an der Indiana University-Purdue University Indianapolis. „In der PNAS-Studie modifizierten wir eine einzelne Aminosäure in einem Enzym von der Wurzelspitze der Haferpflanze, um die Funktion dieses Enzyms zu verändern. Diese Änderung direkt vornehmen zu können ist deutlich effizienter, als Pflanzen aufwändig immer wieder zu kreuzen, bis man endlich die richtige Version des Gens erhält, durch welches das gewünschte Produkt erzeugt wird.“ Während eines fünfmonatigen Sabbaticals beteiligte sich Minto am britischen John Innes Centre, einem TRIFORC-Konsortiumsmitglied, an den Forschungsarbeiten.

Diese Studie trägt zum Erreichen des übergeordneten Ziels des vierjährigen TRIFORC-Projekts bei, eine innovative Herangehensweise zur Entdeckung, nachhaltigen Produktion und kommerziellen Nutzung bekannter und neuer hochwertiger Triterpene mit neuer oder besserer biologischer Aktivität zu schaffen. Das Projekt soll im September 2017 abgeschlossen werden und erhielt knapp 7 Mio. EUR an EU-Fördermitteln.

Weitere Informationen:
Projektwebsite

Länder

Dänemark