Grüne Gentechnik

• Justus Liebig liefert wissenschaftliche Begründung zur Mineralstoffernährung

  -> einfache anorganische Verbindungen reichen für Pflanzenernährung aus
• Gregor Mendel entwickelte die klassischen genetischen Gesetze

  -> zielgerichtete Züchtung möglich statt zufälliger Auslese verbesserter Pflanzen
• Künstliche Auslese am Beispiel Mais

  • morphologische Unterschiede z.B. Korngröße oder Anzahl Kornreihen
  • Unterschiede in Morphologie beruht meist auf mehreren Genen (oliogenetisch)
• Moderne Nutzpflanzen durch Genmodifikation

  • wilder Emmer: Ähre bricht, bei Nutzpflanzen geändert sodass ganze Ähre geerntet werden kann
  • umhüllte Körner (Wildtyp) : Hüllstruktur um Korn muss entfernt werden
  • nicht-brechende Ähren: ein Gen durch Mutation verändert
  • nicht-umhüllte Körner: zwei Gene durch Mutation verändert
• Überwindung von Artgrenzen

  • Hybridisierung über Artgrenzen früher zufällig, heute Domestizierung in Landwirtschaft
  • Triticale: Hybridisierung Weizen + Roggen -> Vereinigung Vorteile beider Arten
  • Nutzpflanzen seit Jahrtausenden genetisch verändert: natürliche Auslese, Züchtung
• Konventionelle Pflanzenzüchtung

  • grüne Revolution in den letzten 60 Jahren
  • neue Zuchtziele: Resistenz gegen biotische Faktoren
  • hohe genetische Vielfalt des Ausgangsmaterials: Getreidesorten sind lokal angepasst, gekreuzt und neu kombiniert
  • Auslese aus großer Anzahl an Individuen, angebaut an unterschiedlichen Standorte: erhöht Vielfalt
  • Düngemittel für Mangelstandorte verschiedener Arten
• Neue Verfahren konventionelle Züchtung

  • Stecklingsvermehrung und sterile Kulturen in Nährlösung
  • Kallus als Ausgangsmaterial
  • undifferenziertes Gewebe ohne Leitgewebe, das ist virusfrei, da Viren fast immer im Leitgewebe sind
• Künstliche Hybride durch Protoplastenfusion

  • künstliche Hybridisierung von Arten
  • Pektinasebehandlung, ZellWände lösen sich voneinander ab
  • Zellen lösen sich und werden zu Einzelzellen
  • Zellulosebehandlung
  • Protoplasten von zwei Arten isoliert und Zugabe von PEG -> Beginn Protoplastenfusion
  • Zellkern nur von Membran umgeben, verdoppeltes Erbgut
• Mutagenese in konventioneller Pflanzenzüchtung

  • physikalisch und chemisch
  • Versetzung mit Mutagenesesubstanzen
  • Mutageneseereignisse zufällig, nicht vorhersehbar
  • Mutationszüchtungen: Nutzpflanzen reagieren besser auf biotischen und abiotischen Stress
• Transgene Pflanzen

  • Transgen = genetische Information die künstlich in das Genom eines anderen Organismus eingebracht wurde
  • Mutante = Organismus / genetisches Merkmal das aus einer Mutation entsteht oder resultiert, die im Allgemeinen eine Veränderung der DNA-Sequenz des Genoms oder Chromosoms eines Organismus ist
• Transgene Pflanzen

  • gibt es natürlicherweise seit Millionen von Jahren
  • bringt Pflanzen dazu, einen Lebensraum zur Verfügung zu stellen und nur für Bakterium verwertbare AS herzustellen
• Gentransfer und wie er funktioniert

  • bakterielles Chromosom erkennt verletzte Pflanze
  • Anheftung an Pflanzenzelle und tDNA Transfer -> Agrobakterium schleust Teil des Plasmidrings in Zellkern
  • pflanzliche Tumorzellen sind Lebensraum für Agrobakterium
  • Tumorzellen produzieren AS nur für Bakterium
  • tDNA wird integriert
  • Anlagerung Proteine an tDNA -> Schutz vor Abbau und Transport
• Verwendung für Herstellung transgener Pflanzen

  • Klonierung und integrieren in pflanzliche Zelle
  • Zellen wachsen auf Nährboden zu transgenen Pflanzen
  • Schwierigkeit: Einzelzelle in Pflanze regenerieren
  • Transfer in normaler Atmosphäre schwierig
  • transgene Pflanzen in Deutschland verboten
• Problem transgene Techniken

  • Transgen verbleibt in Pflanze
  • regulatorische Sequenz: wo und wann wird in Gen angeschaltet
  • offener Leserahmen für Herstellung von Proteinen
  • wird in tDNA eingebaut, oft zwei Transgene
• Cis - und intragenische Methode

  • Veränderung Merkmale durch Gentransfer in gleiche oder verwandte Art
  • komplettes Gen kreuzbrave Art wird eingeschleust -> cisgenisch
  • Fremd-DNa wir eingebracht, die codierenden Sequenzen stammen aus der gleichen Art, regulatorische Sequenzen stammen aber aus anderen Arten -> intragenisch
• Genschere CRISPR-Cas9

  • zielgerichtetes Verändern von Pflanzengenen ohne Fremdgene zu hinterlassen
  • clustered regularly interspaced short palindromic repeat -> Fragmente, die virale DNA-Fragmente trennen
  • in Generation ausgekreuzt und aus Genom verschwunden
  • Ergebnis transgenfrei, Prozess in der Gentechnik
  • Cas9 - Protein produziert Doppelstrangbruch, basierend auf Erkennungssequenz, kann Doppelstrang entwinden und auseinanderhalten
  • Guide-RNA überall im Genom wählbar
• konventionelle Züchtung

  • Kreuzung, chemische Mutagene, Protoplastenfusion
• Gentechnik

  • genetische Modifikation und Genmodifizierung
  • technisches Eingreifen in Genom
• Vorteile transgene Pflanzen

  • perfekt an Umwelt angepasst
  • Anbaufläche kann optimal minimiert werden
  • höhere Resistenzen