- 1 - GENTECHNIK BEI PFLANZEN 1. Grüne Gentechnik - was ist das? "Grüne Gentechnik" ist laut Gentechnik-Wörterbuch eine "umgangssprachliche Bezeichnung für gentechnische Forschung mit Pflanzen, während "rote Gentechnik" die gentechnische Forschung an Menschen oder Tieren ist. Grüne Gentechnik ist ein sehr aktuelles Thema. Verbraucherverbände und Umweltschützer warnen vor ihren unkalkulierbaren Risiken, Befürworter und Hersteller hingegen sehen in ihr eine Chance zur Verbesserung unserer Lebensmittel. Erklärung: Gentechnische Methoden haben die Möglichkeiten in der Pflanzenzüchtung in jüngerer Zeit erheblich erweitert.wie bei den herkömmlichen Verfahren, z.b. der Kreuzung, gelangt neue Erbsubstanz ins Genom einer Pflanze. Gentechnische Verfahren sind schwieriger, als Herkömmliche : Nützliche Abschnitte des Erbmaterials werden gezielt ausgetauscht. Diese DNA-Rekombination ist sogar zwischen nichtverwandten Arten möglich. Im Vordergrund steht die Frage nach dem Nutzen und den Risiken der Grünen Gentechnik. Nutzen: -Resistenz der Pflanzen gegen Insekten -Virusresistenz -Herbizidtoleranz -Pflanzen sind Ertragsreicher -Neue Formen und Farben sind möglich( bei Blumen) Risiken: Die wirtschaftliche Ausnutzung gentechnischer Verfahren durch die großen Chemie- und Pharmakonzerne hat verschiedene neue, unerwünschte ökologische und medizinische Probleme verursacht. - deutliche Zunahme resistenter Bakterienstämme - Fehlentwicklungen bei Kindern durch Hormone - Integration von Antibiotika- Resistenzgenen Die Auswirkungen von Insektizidgenen von transgenen Pflanzen auf Nützlinge stören die Nahrungskette. Beispiel: Ein Vorbild für einen natürlichem Gentransfer bietet die Natur in dem Agrobakterium tumefaciens(das Bakterium besitzt die Fähigkeit Pflanzen zu infizieren und Wurzelhalsgalle zu erzeugen.) Die Ursache des Tumors ist das Vorhandensein eines Vektors, in diesem Fall Ti-Plasmids, einem großen doppelsträngigen DNA-Ring.
- 2 - Bei der Infektion einer Pflanze durch das Bakterium verläßt ein Stück DNA (=T-DNA) mit 30,000 Basenpaaren das Plasmid und integriert sich in die DNA der pflanzlichen Wirtszelle. Genau wegen dieser Eigenschaft ist das TI-Plasmid als Vektor geeignet. Der Gentransfer mit Hilfe des Ti Plasmids erfordert 2 Schritte: (Die Genübertragung mittels Agrobacterium tumefaciens wird als indirekter Gentransfer bezeichnet, da hier in einem Zweischrittesystem zunächst die Fremd- DNA in ein Plasmid eingesetzt wird, und die Bakterien mit dem rekombinanten Plasmid transformiert werden. Erst dann wird das Gen durch die Bakterieninfektion in die Pflanze eingebracht.) - Die Tumorgene der T- DNA müssen inaktiviert werden - Fremdgene müssen an dieselbe Stelle des Ti-Plasmids integriert werden. Das rekombinante Plasmid mit dem integrierten Gen muß dann wieder in die A. tumefaciens Zelle transferiert werden. Die Bakterienzelle muß nun in das Protoplasma der Pflanzenzelle gebracht werden. Dort integriert sich die T- DNA mit dem fremden Gen in das Pflanzenzellgenom. Aus dieser Zelle wird eine komplette Pflanze gezogen, deren Zellen alle das fremde Gen enthalten. Dieses vererben sie auch. Versuch:!
- 3 - Übertragung der genetischen Information: Transporteur des einzuschleusenden Gens ist die T-DNA. Sie liegt auf einem Plasmid des des Bakteriums, dem Ti-Plasmid(Tumor induzierendes Plasmid). Nach dem einschleusen wird die T-DNA in ein Chromosom der infizierten Pflanzenzelle eingebaut. Durch diesen natürlichen Gentransfer in die Wirtszelle gelangten Bakteriengene sorgen dafür, dass die Zelle vermehrt bestimmte Pflanzenhormone produziert. Durch sie Bildet die Pflanze Tumore aus, sogenannte Wurzelhalsgallen. Ausserdem steuern die Bakteriengene die Ezeugung von fremden Stoffen, die dem Bakterium als Nahrung dienen. Die Forscher ahmten das System der Geneinschleusung des Agrobakteriums nach,. Diese Methode ist heute das meist verwendete Verfahren, um transgene Pflanzen zu erhalten. (Ihr Genom enthält experimentell eingeschleuste Fremd-DNA, die an die Nachkommen weitergegeben wird!) Künstlicher Gentransfer: Transgene Pflanzen, die Herbizide tolerieren, gegen Insekten und Virusbefall resisten sind oder modifizierte Früchte oder Blüten produzieren, wurden kultiviert und getestet, dazu gehört z.b die ANTI-MATSCH-TOMATE Die natürliche Funktion einer Tomate ist es, zu verrotten, um die Samen freizusetzen. Dazu produziert die Pflanze Enzyme, die die Zellwände abbauen und die Tomate "matschen" lassen. Eines von etlichen dieser Enzyme ist Polygalacturonase (PG). Weil sich verrottende Tomaten schlecht verkaufen lassen, werden sie meist unreif geerntet, gewachst, mit Ethylen begast und dann erst auf den Markt gebracht. Die Folge ist, daß viele Geschmacksstoffe nicht zur Entfaltung kommen und die Frucht wässrig und fade schmeckt.
- 4 - Alle Lebewesen produzieren Enzyme (Proteine, Eiweiße) entsprechend ihrer genetischen Information auf der DNA. Zunächst wird vom Gen (DNA) eine Kopie (mrna) angefertigt, die dann in das Protein übersetzt wird Eine Möglichkeit Gene auszuschalten besteht darin, eine Negativ-Kopie des Gens in den Organismus einzubringen (Antisense-Gen). Davon wird eine Negativ-Kopie (Antisense-RNA) gemacht, die die mrna auslöscht. Damit kann das Protein nicht hergestellt werden. Diese Methode wurde bei der Tomate eingesetzt, um das Gen für Polygalacturonase auszuschalten. Die Tomate ist damit nicht absolut "matschfrei" weil es noch weitere Enzyme gibt, die Zellwände auflösen. Sie hält aber länger, kann am Strauch reifen und ihre Geschmacksstoffe voll entfalten. Der Vorteil für den Produzenten liegt in der einfacheren Ernte, der für den Verbraucher in der vermutlich besseren Geschmacksqualität Sonstige Inhaltsstoffe (Vitamine usw.) sind nach bisherigen Analysen unverändert. Aus technischen Gründen wurde in die Pflanze neben dem Antisense-Gen noch das Gen für eine Antibiotika-Resistenz
- 5 - (Kanamycin-Resistenz) eingebaut. Hier zerstört das Enzym Polygalacturonase(PG) die formstabilisierenden Zellwände bei der Reifung. Man integrierte ein Anti-PG-Gen, was eine komplementäre m-rna produzierte. Dies führte zum enzymatischen Abbau der m-rna. So wurde weniger PG gebildet und die Tomate blieb länger frisch. Begriffe: - Ti-Plasmid: Tumor induzierendes Plasmid von bazillus tumefaciens. Erzeugt Wurzelhalsgalle bei Pflanzen. - transgen: Organismus enthält fremde Gene - Wurzelhalsgalle:pflanzlicher Tumor über der Wurzel, durch Bakterien verursacht. Literatur: - Genetik- Schroedel Verlag - www.symp.iaglans.de - www.egbeck.de 10/12/00 Stefanie K. WG12/3