17.08.2010

Forschung Projekte

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Wie zuverlässig ist der Anbau von männlich sterilem Mais zur Begrenzung der Ausbreitung?

(2008 – 2011) Julius-Kühn-Institut, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen (JKI), Institut für Sicherheit in der Gentechnik bei Pflanzen

Thema

Bei der Sicherheitsbewertung transgener Pflanzen spielt eine mögliche Ausbreitung der neu eingeführten Gene über Pollen oder Samen eine wichtige Rolle. Insbesondere dann, wenn diese Pflanzen pharmazeutische Wirkstoffe oder Industrierohstoffe produzieren. Weltweit werden daher Strategien entwickelt, die sich mit der gezielten Verhinderung des pollen- und samenvermittelten Gentransfers befassen (biologisches Confinement).

Cytoplasmatische männliche Sterilität (CMS) ist eine natürlich vorkommende Eigenschaft, die in verschiedenen Pflanzenarten, u.a. bei Mais, beschrieben wurde. Pflanzen mit dieser Eigenschaft bilden keinen befruchtungsfähigen (fertilen) Pollen. Das macht CMS zu einem geeigneten Werkzeug für ein biologisches Confinement, da im Gegensatz zu anderen Sterilitätskonzepten die mühsame mechanische oder gentechnische Sterilisation der männlichen Blüten nicht erforderlich ist. Zudem vererbt sich diese Eigenschaft nur mütterlich.

Die cytoplasmatische männliche Sterilität beim Mais kann jedoch aufgehoben werden durch die Aktivität bestimmter Gene oder auch durch extreme Umweltbedingungen wie Hitze, Trockenheit oder Starkregen. Voraussetzung für die Nutzung einer biologischen Confinement-Methode ist aber eine hohe Merkmalsstabilität.

Ziel dieses Projektes ist es, in drei verschiedenen Umwelten quantitative Daten über die Merkmalsstabilität und Ausbreitung von CMS-Maispflanzen in benachbarte Maisbestände zu erfassen. Daraus sollen Aussagen über die Zuverlässigkeit von CMS als Methode für ein biologisches Confinement getroffen werden.

Versuchsbeschreibung

In Vorgängerprojekten konnten zehn CMS-Maishybriden identifiziert werden, von denen drei Hybriden stabil sterile und sieben Hybriden fluktuierend sterile Eigenschaften aufweisen. Letztere bilden Staubbeutel (Antheren) aus, die entweder keinen, wenig oder viel Pollen ausschütten. Der Pollen kann sowohl steril als auch fruchtbar sein. Diese gelbkörnigen CMS-Maishybriden wurden 2008 umgeben von einer einer weißkörnigen Maissorte angebaut. Wird weißkörniger Mais mit Pollen von gelbkörnigen CMS-Maishybriden befruchtet, entsteht dort ein gelbes Korn. Zur Reife werden diese Kolben geerntet. Der Anteil der gelben Körner zeigt an, wie viel Pollen aus dem CMS-Mais die weißkörnigen Pflanzen in den Ernteparzellen befruchten konnte.

Diese Versuche wurden an drei Standorten mit je drei Wiederholungen durchgeführt (am Julius Kühn-Institut in Braunschweig, in der Firma biovativ GmbH in Größ Lüsewitz und an der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft in Freising). Während der Vegetationsperioden wurden verschiedene Eigenschaften der Maispflanzen wie z.B. die Pflanzhöhe, die Blühcharakteristik, der Verlauf der Blüte erfasst. Ausserdem wurde die Pollenfruchtbarkeit durch Selbstung sowie die Auskreuzung zur Körnerreife (Anteil der gelben Körner) untersucht.

In dieser Projektphase waren folgende Fragen interessant:

• Bilden die Pflanzen unter Feldbedingungen Staubbeutel (Antheren) und Pollen aus?
• Wenn Pollen produziert wird, ist er befruchtungsfähig?

Im weiteren Verlauf sollen CMS-Hybriden mit dem niedrigsten, einem mittleren und dem höchsten Ausbreitungspotenzial (best-, medium- und worst-case-Hybride) an denselben Standorten praxisnah neben Pollenempfängerbeständen angebaut werden. Dabei werden folgende Fragen bearbeitet:

• Wie verteilen sich die CMS-Maishybriden über die Bestände des Pollenempfängers (Weißmais)?
• Wie stark ist die Ausbreitung der CMS-Maishybriden gegenüber konventionellen Sorten reduziert?
• Lassen sich aus den Untersuchungen Empfehlungen für den Anbau von transgenem Mais ableiten?

Nach Ablauf der Feldversuche erfolgt eine statistische Auswertung der erhobenen Daten.

Ergebnisse

Für den Versuchsanbau in 2009 und 2010 werden die Maishybriden Zidane (worst-case), Torres (medium-case) sowie DSP2 (best-case) unter praxisnahen Bedingungen, d. h. in Großparzellen von ca. 3500 Quadratmetern im Vergleich zu einer konventionellen, voll fertilen Hybride (Delitop) untersucht. Weißmais (DSP 17007) dient als Pollenempfänger. Zwischen den CMS-Mais- und Weißmaisparzellen liegt ein Bearbeitungsstreifen von 3,5 Metern.

Rispenentwicklung und Pollenfertilität

Im Versuchsjahr 2009 war keine der geprüften CMS-Hybriden zu hundert Prozent steril. Torres wies an allen Standorten fluktuierende Rispen mit wenig Pollen auf, dessen Fruchtbarkeit gering war. Zidane entwickelte Rispen mit mittleren fluktuierenden Eigenschaften und fertilem Pollen. Die mit dem niedrigsten Ausbreitungspotentzial eingestufte CMS-Hybride DSP2 reagierte in Bezug auf die Fertilität der Pollen an den einzelnen Standorten unerwartet unterschiedlich. Hier sind weitere Versuche erforderlich.

Blühverläufe

Die Vollblüte der männlichen Blüten der CMS-Hybriden fand an allen Standorten nahezu zeitgleich zur weiblichen Weißmais-Blüte statt. Eine ausreichende Befruchtung war somit sichergestellt.

Ausbreitungsverhalten

Für jeden Maishybriden wurde an allen Standorten die höchste Ausbreitung in der ersten Reihe des Weißmaises festgestellt, d. h. nach 3,5 Metern. Bereits nach 6,5 Metern war diese stark verringert. Die schwächste Auskreuzung wurde durch Torres erreicht, die stärkste durch DSP2. Im Mittel der ersten 30 Meter wurde die Auskreuzung um 84 bis 97 Prozent im Vergleich zur fertilen Kontrollsorte Delitop reduziert. Diese ersten Ergebnisse weisen darauf hin, dass die geprüften CMS-Maishybriden ein geeignetes Instrument zur Auskreuzungskontrolle darstellen können.