Wissenschaftler entwickeln neues Werkzeug für Reiszüchter
Im Rahmen einer EU-geförderten Arbeit haben Forscher ein genetisches Werkzeug entwickelt, das Reiszüchtern ermöglicht, Gene gezielt zu inaktivieren, die unerwünschte Eigenschaften vermitteln. Diese Entdeckung verspricht, die Übertragung von Genen zwischen verschiedenen Sorten erheblich zu beschleunigen. Reis (Oryza sativa) ist eine der wichtigsten Anbaupflanzen der Welt: Für rund die Hälfte der Weltbevölkerung ist Reis das wichtigste Grundnahrungsmittel und er wächst in 89 Ländern auf sechs Kontinenten. Wenn heute eine Pflanze mit neuen, erwünschten Eigenschaften identifiziert wird, benötigen Züchter derzeit Jahre, um die Gene auf andere Sorten zu übertragen, ohne all die anderen Gene zu beeinträchtigen, die für die Anpassung der jeweiligen Reissorte an den lokalen Standort verantwortlich sind. Nun haben Wissenschaftler vom deutschen Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie und vom Internationalen Reisforschungsinstitut in den Philippinen ein Werkzeug entwickelt, mit dem die Übertragung von Genen von einer Sorte auf eine Andere nur noch Wochen anstatt Jahre dauern könnte. Ihre Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift PLoS ONE veröffentlicht. Die Technik benutzt winzige RNA-Moleküle, sogenannte microRNAs, um bestimmte Gene auszuschalten. Inaktivierte Gene in der Reiszüchtung einsetzen zu wollen, klingt weit hergeholt, ist aber tatsächlich nicht unüblich. So beruhen die maßgeblichen Veränderungen, die zur "Grünen Revolution" beim Reis geführt haben, auf dem Verlust eines Gens, das die Reispflanzen hoch wachsen lässt (und dadurch abknicken lässt, wenn sie viele schwere Reiskörner tragen). Sowohl in Pflanzen als auch in Tieren übernehmen microRNAs wichtige Aufgaben bei der Regulation von Genen. Indem sie in den Aktivierungsprozess von Genen eingreifen, blockieren microRNAs wirksam die Aktivität von bestimmten Genen. In dieser jüngsten Studie verwendeten die Wissenschaftler künstliche microRNAs (artificial micro RNAs, amiRNAs), um den Weg des Stummschaltens zu nutzen und bestimmte Gene zu inaktivieren. Mit dieser Methode konnten sie erfolgreich ein Gen mit dem Namen Eui1 in zwei Reissorten ausschalten. Wenn dieses Gen inaktiv ist, werden die Reisblüten eher von Pollen anderer Pflanzen bestäubt, anstatt sich selbst zu befruchten. Fremdbestäubung ist wichtig für Züchter, weil sie ihnen ermöglicht, hybride Samen zu produzieren. Ursprünglich als spontane Mutation in einer japanischen Reisvariante entdeckt, wurde die Eui1-Mutation in jahrelanger Züchtung auf Indica-Sorten übertragen. In dieser Studie konnten die Forscher mit künstlicher microRNA das Eui1-Gen in zwei verschiedenen Reissorten inaktivieren, einschließlich der Indica-Sorte IR64, eine der Hauptanbausorten in Südostasien. Innerhalb von Wochen konnten sie das Eui1-Gen in diesen anderen Sorten ausschalten. "Durch künstliche microRNAs können wir nicht nur eine reduzierte Genfunktion schnell auf andere Sorten und sogar Spezies übertragen, auch die Identifizierung wichtiger Gene und die Entdeckung neuer Genfunktionen wird sich damit beschleunigen", sagte Norman Warthmann vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie. Derzeit stellen die Funktionen der meisten Reisgene noch ein Geheimnis dar. "In allen bisher untersuchten Pflanzenarten sind microRNAs gefunden worden", fügte Detlef Weigel, ebenfalls vom Max-Planck-Institut, hinzu. "Es sollte daher möglich sein, diese Technik auch auf andere Nutzpflanzen zu übertragen, damit eröffnet sich ein ganz neuer Weg, um den Nährwert von Pflanzen und den landwirtschaftlichen Ertrag zu steigern." Die EU unterstützte die Arbeit über das Projekt SIROCCO ("Silencing RNAs: organisers and coordinators of complexity in eukaryotic organisms"), das unter dem Themenbereich "Biowissenschaften, Genomik und Biotechnologie im Dienste der Gesundheit" des Sechsten Rahmenprogramms (RP6) finanziert wird.
Länder
Deutschland, Philippinen