Dauerhitze und wenig Regen machten dem Ackerbau im Frühjahr 2007 schwer zu schaffen. Von modernen Nutzpflanzen wird deshalb verlangt, besser mit Stress umgehen zu können: Sie dürfen bei langen Trockenperioden nicht verdorren, bei Überschwemmungen nicht ersticken und müssen starke Temperaturschwankungen sowie extreme Sonneneinstrahlung aushalten.
Evolutionsgeschichtlich war es für das Überleben einer Pflanzenart kein Problem, wenn einzelne Pflanzen wegen vorübergehender Belastungen starben oder für eine Saison kaum Früchte trugen. Die meisten Gewächse sind deshalb für Durchschnittswetter gemacht. Sie können nur schlecht auf Kurzzeitstress reagieren. Die Folge: Der Ernteertrag ist nicht optimal. Ein Team von Biologen am Innovationszentrum für Pflanzenmolekularbiologie von Bayer CropScience im belgischen Gent möchte das jetzt ändern.
Gute Eigenschaften zufügen, unwillkommene ausschalten
Mit Kooperationspartnern verfolgt das Team zwei Strategien: Zum einen bauen die Forscher in die Testpflanzen nützliche Gene ein. Sie sollen den Umgang mit übermäßigem Stress erleichtern und so den Ertrag steigern. Zum anderen bringen sie einzelne Gene gezielt zum Schweigen, die im gewöhnlichen Gewächs eine überschießende Stressreaktion auslösen und den Ertrag schmälern würden. Das Ziel heißt Konstanz: Die Wissenschaftler wollen die Pflanzen in die Lage versetzen, trotz schwankender Umweltbedingungen stabile Erträge auf einem hohen Niveau zu liefern.
Erste Ergebnisse sind viel versprechend. So gelang es, mithilfe einzelner Gene eines Bakteriums die Photosynthese der Ackerschmalwand zu verbessern. Die gentechnisch optimierten Pflanzen wachsen schneller, bilden viel mehr Biomasse und legen größere Energiespeicher an.
Gene Silencing erhöht Rapsertrag um bis zu 40 Prozent
In einem anderen Projekt hatten die Forscher die Wirkung eines Gens, das bei Stress in der Pflanze aktiviert wird, um etwa die Hälfte gesenkt. „Dieses Gen ist eine zentrale Schaltstelle der Stressreaktion“, so Teamleiter Metzlaff. „Ist es angeschaltet, verändert sich die Aktivität hundert anderer Gene.“ Mit einer drastischen Umstellung ihres Stoffwechsels reagiert die Pflanze so auf schlechte Bedingungen. Dabei schießt sie jedoch meist über ihr Ziel hinaus und reagiert zu extrem.
Mit der Dämpfung des so genannten PARP-Gens fanden die Forscher nun den goldenen Mittelweg, der etwas Reaktion auf den Stress erlaubt, das Übermaß aber verhindert. Nach einer simulierten Dürre konnten sie von ihren optimierten Pflanzen 40 Prozent mehr Raps ernten als von gewöhnlichen Pflanzen im gleichen Versuch.
Die Wissenschaftler hoffen, in etwa zehn Jahren die jetzt entwickelten Methoden so gut zu beherrschen, dass sie sie wie Legosteine kombinieren können. Dann ließe sich jeder Nutzpflanze ein passendes Fitnessprogramm auf den Leib schneidern.
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