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Wie entsteht eine transgene Pflanze? Wie werden neue Gene eingeführt? |
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Einige grundlegende Entdeckungen ebneten den Weg für die gentechnische Veränderung des Erbguts von Pflanzen. Die vielleicht spektakulärste Entdeckung war, dass Agrobacterium, ein natürlich vorkommendes Bakterium, Pflanzenzellen befallen und seine eigene DNA einbringen kann. Die DNA wird in das Genom der Pflanze eingebaut und den Nachkommen der Pflanze weitergegeben. Die Pflanzenbiologen erkannten die Möglichkeit, diesen natürlichen Mechanismus dazu zu nutzen, DNA-Abschnitte von Agrobacterium durch beliebige Gene zu ersetzen und diese Gene dadurch in Pflanzenzellen einzuschleusen. Eine weitere Möglichkeit, neue Gene in Pflanzenzellen einzubringen, ist die Verwendung einer "Gen-Kanone". Bei dieser Methode werden winzige Goldkügelchen, die etwa 30 mal kleiner als eine Zelle sind, mit den erwünschten Genen beschichtet und mit einer Geschwindigkeit von etwa 150 km/h direkt in die Zellen geschossen.Mit diesen Techniken werden aber nur einzelne Zellen mit dem neuen Gen erzeugt. Nach wiederholten Zellteilungen entsteht aus einer einzelnen Zelle ein grösserer Zellverband mit dem neuen Gen. Dieser ungeordnete Haufen von Zellen muss sich aber zuerst organisieren, bevor daraus eine Pflanze entsteht. Pflanzenzellen haben eine einzigartige Eigenschaft: sie sind totipotent. Totipotenz ist die Fähigkeit somatischer Zellen (Zellen ohne sexuelle Aufgabe, wie z.B. Blattzellen), sich in ihrem Entwicklungsablauf umzuorientieren und sich zu einem vollständigen Organismus zu entwickeln. Auf Grund der Totipotenz pflanzlicher Zellen ist es also gleichgültig, welche Zelle das Gen erhält, solange sie sich vermehren kann. Alle Zellen der aus dieser einzelnen Zelle entstandenen Pflanze enthalten dann auch das neue Gen. Die Schwierigkeit liegt aber darin, dass bei den beschriebenen Methoden das neue Gen nur in sehr wenige teilungsfähige Zellen eingebracht werden kann. Die wenigen Zellen, welche das neue Gen aufgenommen haben, müssen nun in der grossen Masse der unveränderten Zellen aufgespürt werden. Dies geschieht, indem das erwünschte Gen zuerst an ein Selektionsgen gekoppelt und dann eingeführt wird. Normalerweise handelt es sich bei diesen Selektionsgenen um Antibiotika- oder Herbizid-Resistenzgene. In Gegenwart des Antibiotikums oder Herbizids können nun nur diejenigen Zellen wachsen und sich zu einer Pflanze entwickeln, welche ein entsprechendes Resistenzgen aufgenommen haben. Diese Zellen enthalten auch mit grosser Wahrscheinlichkeit das erwünschte Gen.Ausschlaggebend für die Entwicklung von Anwendungen gentechnischer Methoden bei Pflanzen war zu einem erheblichen Teil der Nachweis der Totipotenz bei verschiedenen Pflanzenarten. Bei einigen Arten, wie Tabak und Petunie, gelang dieser Nachweis einfacher, und erste Erfolge waren bereits in der Mitte der Achtzigerjahre zu verzeichnen [Klein, 1987] [Horsch, 1985]. Bei den Zellen dieser Pflanzen lässt sich die Fähigkeit, sich zu einer ganzen Pflanze zu entwickeln, relativ einfach entfalten, während sich die Zellen anderer Pflanzen "widerspenstiger" zeigen. Dazu gehören auch viele Nutzpflanzen wie Baumwolle, Zuckerrübe und vor allem Getreide [Potrykus, 1989]. Bei vielen Arten dieser Nutzpflanzen gelang die Regeneration des ganzen Organismus aus einer einzelnen Zelle erst in der Mitte der Neunzigerjahre [Rhodes, 1988] [Shimamoto, 1989]. Heute lassen sich beinahe alle wichtigen Nutzpflanzen aus einzelnen Zellen regenerieren. |
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