Quantifizierung einer ungewollten Auskreuzung von Plastidengenen

(2008 - 2011) Fachbereich Agrobiotechnologie - Institut für Landnutzung (ILN) - Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät - Universität Rostock

Thema

Neue Forschungsansätze zielen darauf ab, Pflanzen nicht im Zellkern, sondern in den Plastiden gentechnisch zu verändern. Plastiden sind kleine Einheiten in der Pflanzenzelle, die über eigene DNA verfügen. Einer der Vorteile der Plastidentransformation : Die Erbinformation der Plastiden wird nicht über den Pollen weitergegeben, eine mögliche Ausbreitung der neu eingebrachten Gene damit verhindert und das Erbgut in der Pflanze biologisch eingeschlossen (biologisches Confinement ).

Ziel dieses Projektes ist es, die Zuverlässigkeit eines solchen Confinement-Systems zu überprüfen. Da es Hinweise auf eine gewisse "Undichtigkeit" des Confinement-Systems "Plastid" gibt, soll an den Modellpflanzen Petunie und Arabidopsis in Freilandversuchen die Häufigkeit eines (unerwünschten) Gentransfers von Plastiden-DNA über den Pollen abgeschätzt werden.

Versuchsbeschreibung

Die Plastidentransformation eignet sich als Confinement-Methode nur dann, wenn die ins Plastidengenom übertragenen Transgene bei der Vererbung auch tatsächlich nicht über den Pollen auf die nächste Generation übertragen werden.

Petunie

Kreuzungsversuche mit Petunie, Arabidopsis und Raps

Da erst im Verlauf des Forschungsvorhabens transplastomische Raps- und Maislinien vorliegen, werden die Untersuchungen zur Häufigkeit einer Pollenverbreitung von Plastiden-DNA in den ersten beiden Versuchsjahren an den Modellpflanzen Petunie und Arabidopsis im Freiland vorgenommen. Für das dritte Versuchsjahr sind für Raps Gewächshausuntersuchungen geplant.

Die Versuche sind so angelegt, dass mit einer hohen Genauigkeit das Ereignis eines Pollentransfers von Plastiden-DNA festgestellt werden kann. Zu diesem Zweck werden im Streifenanbau Spender- und Empfängerpflanzen nebeneinander ausgepflanzt. Die Pollenspender-Linien sind mit Markergenen (Herbizidresistenz oder Antibiotikaresistenz ) im Plastidengenom ausgestattet. Als Pollenempfänger werden Wildtyp -Linien eingesetzt. Ist das Markergen in den Nachkommenschaften der Wildtyp-Linien feststellbar, hat ein Transfer von Plastiden-DNA über den Pollen stattgefunden.

Bei den Petunien-Spenderlinien handelt es sich um eine gentechnisch veränderte Variante. Die Arabidopsis-Spenderlinien sind dagegen nicht gentechnisch verändert, weisen jedoch aufgrund einer Punktmutation eine Herbizidresistenz im Plastiden auf.

Für den Nachweis des Gentransfers werden die Samen der Empfängerpflanzen geerntet, im Gewächshaus angezogen und auf das Vorhandensein des Markergens geprüft. Es ist geplant, Samen in großem Umfang (mindestens 300.000 Stück) zu untersuchen, um mit hoher statistischer Absicherung Aussagen zur Eintrittswahrscheinlichkeit des (unerwünschten) Ereignisses eines Pollentransfers von Plastiden-DNA treffen zu können.

Um einen möglichst hohen Samenansatz über eine Fremdbestäubung zu erzielen, werden in fünfzig Prozent der Parzellen Wildtyp-Linien als Empfängerpflanzen angepflanzt, die männlich steril sind und daher keine eigenen Pollen produzieren.

Das Projekt ist Teil des Verbundprojektes CONFICO "Entwicklung und Prüfung von Plastidentransformation als Confinement-System bei Raps und Mais". Beteiligt sind der Lehrstuhl für Botanik (Prof. Dr. Dario Leister), die Arbeitsgruppe für Zellbiologie und Zellkultur (Prof. Dr. Hans-Ulrich Koop) der Universität München, der Lehrstuhl für Genetik (Prof. Dr. Alfons Gierl) der Technischen Universität München und der Lehrstuhl für Agrobiotechnologie (Prof. Dr. Inge Broer) der Universität Rostock.