25/01/2023
In der modernen Pflanzenzüchtung spielen gentechnische Verfahren eine immer größere Rolle. Zwei Begriffe, die in diesem Zusammenhang häufig fallen, sind transgene und intragene Pflanzen. Obwohl beide Kategorien gentechnisch veränderte Organismen (GVO) umfassen, gibt es wesentliche Unterschiede in der Art und Weise, wie das Erbgut der Pflanzen verändert wird. Dieser Artikel beleuchtet die Definitionen, Unterschiede und Anwendungen dieser beiden spannenden Bereiche der Pflanzenbiotechnologie.
Was sind transgene Pflanzen?
Transgene Pflanzen sind Pflanzen, in deren Erbgut ein Gen einer anderen Art eingefügt wurde. Der Begriff "transgen" selbst leitet sich von "Transgenese" ab, einem Verfahren, bei dem ein Gen, das sogenannte Transgen, mithilfe gentechnischer Methoden in das Genom eines Organismus eingebracht wird. Dieses Gen kann von einer völlig artfremden Spezies stammen, beispielsweise von einem Bakterium, einem Virus oder sogar einem Tier.
Das Ziel der Transgenese ist es, der Pflanze eine neue Eigenschaft zu verleihen, die sie auf natürliche Weise nicht besitzt. Dies geschieht durch die Übertragung des gewünschten Gens in Form eines Genkonstrukts. Anders als bei traditionellen Züchtungsmethoden oder der natürlichen Fortpflanzung überwindet die Transgenese die natürlichen Artgrenzen. Dies ermöglicht es, Pflanzen mit Eigenschaften zu entwickeln, die durch klassische Züchtungsmethoden nicht erreichbar wären.
Beispiele für transgene Pflanzen und ihre Eigenschaften:
- Herbizidresistente Pflanzen: Durch die Einführung von Genen aus Bakterien können Pflanzen resistent gegen bestimmte Herbizide gemacht werden. Dies erleichtert die Unkrautbekämpfung in der Landwirtschaft.
- Insektenresistente Pflanzen (Bt-Pflanzen): Das Einfügen von Genen aus dem Bakterium Bacillus thuringiensis (Bt) ermöglicht es Pflanzen, ein Protein zu produzieren, das für bestimmte Insekten schädlich ist. Dadurch wird der Bedarf an Insektiziden reduziert.
- Pflanzen mit verbesserter Nährstoffaufnahme: Transgene Pflanzen können so verändert werden, dass sie Nährstoffe wie Stickstoff oder Phosphor effizienter aufnehmen und verwerten.
Was sind intragene Pflanzen?
Im Gegensatz zur Transgenese befasst sich die Intragenese mit der Einführung von DNA in Pflanzen, die ausschließlich von Arten stammen, die mit der Empfängerpflanze kreuzbar sind. Das bedeutet, dass die Gene, die in eine intragene Pflanze eingebracht werden, aus dem Genpool der gleichen Art oder nah verwandter Arten stammen. Die eingefügte DNA wird oft aus verschiedenen Sequenzen neu kombiniert, daher der Name "Intragenese".
Ein wesentlicher Unterschied zur Cisgenese, einem weiteren verwandten Verfahren, besteht darin, dass bei der Intragenese Gen-Konstrukte verwendet werden, die in dieser Form in der Ausgangspflanze nicht existieren. Diese sogenannten Intragene werden künstlich aus verschiedenen DNA-Fragmenten zusammengesetzt. Beispielsweise können Abschnitte aus unterschiedlichen Genen kombiniert oder ein Gen mit einem „fremden“ Promotor (der die Genexpression steuert) und Terminator (der das Ende des Gensignals markiert) versehen werden. Diese Promotoren und Terminatoren stammen jedoch ebenfalls aus kreuzbaren Arten.
Ziele und Vorteile der Intragenese:
Das Intragenese-Verfahren zielt darauf ab, Pflanzen mit verbesserten Eigenschaften zu entwickeln, wobei jedoch die genetische Integrität innerhalb des kreuzbaren Genpools gewahrt bleibt. Einige Beispiele für verbesserte Eigenschaften durch Intragenese sind:
- Bessere Krankheitsresistenz: Erhöhung der Resistenz gegen Pilz-, Bakterien- oder Viruserkrankungen.
- Geringerer Allergengehalt: Reduktion von Allergenen in Nahrungspflanzen, um sie für Allergiker verträglicher zu machen.
- Veränderte Stärkezusammensetzung: Anpassung der Stärkeeigenschaften für industrielle Anwendungen oder verbesserte Ernährungseigenschaften.
- Höherer Vitamingehalt: Steigerung des Gehalts an Vitaminen oder anderen wertvollen Inhaltsstoffen.
- Geringerer Ligningehalt: Reduktion von Lignin in Pflanzenfasern, um sie leichter verdaulich zu machen oder für industrielle Prozesse zu optimieren.
Anwendungsbeispiele für Intragenese:
Kulturpflanzen, bei denen die Intragenese bereits angewendet wurde, umfassen:
- Apfel
- Kartoffel
- Petunie
- Raps
- Reis
- Tomate
Transgen vs. Intragen: Ein Vergleich
Um die Unterschiede zwischen transgenen und intragenen Pflanzen zu verdeutlichen, hier eine vergleichende Tabelle:
| Merkmal | Transgene Pflanzen | Intragene Pflanzen |
|---|---|---|
| Quelle der Gene | Von artfremden Spezies (Bakterien, Viren, Tiere, andere Pflanzenarten) | Von kreuzbaren Spezies (gleiche Art oder nah verwandte Arten) |
| Artgrenzen | Werden überschritten | Werden respektiert (innerhalb des kreuzbaren Genpools) |
| Genkonstrukte | Können Gene und regulatorische Elemente aus artfremden Quellen enthalten | Bestehen aus DNA-Fragmenten von kreuzbaren Arten, aber in neuer Kombination |
| GMO-Status (GVO) | Gelten als gentechnisch veränderte Organismen (GVO) | Gelten als gentechnisch veränderte Organismen (GVO), da sie neue DNA-Abschnitte enthalten, die durch konventionelle Kreuzung nicht entstehen würden |
| Wahrnehmung in der Öffentlichkeit | Oft kontrovers diskutiert aufgrund des Transfers von artfremder DNA | Potenziell höhere Akzeptanz, da die genetische Veränderung innerhalb des natürlichen Genpools bleibt |
Fragen und Antworten (FAQ)
Was ist der Hauptunterschied zwischen transgenen und intragenen Pflanzen?
Der Hauptunterschied liegt in der Herkunft der eingeführten Gene. Bei transgenen Pflanzen stammen die Gene von artfremden Spezies, während sie bei intragenen Pflanzen von kreuzbaren Arten stammen.
Sind intragene Pflanzen weniger bedenklich als transgene Pflanzen?
In Bezug auf die potenzielle Umwelt- und Gesundheitsrisiken gibt es keine einfache Antwort. Einige argumentieren, dass intragene Pflanzen ein geringeres Risiko darstellen könnten, da sie nur Gene aus dem natürlichen Genpool verwenden. Allerdings sind beide Arten von gentechnisch veränderten Pflanzen Gegenstand regulatorischer Bewertungen, um ihre Sicherheit zu gewährleisten.
Sind sowohl transgene als auch intragene Pflanzen gentechnisch veränderte Organismen (GVO)?
Ja, sowohl transgene als auch intragene Pflanzen gelten als gentechnisch veränderte Organismen (GVO), da sie durch gentechnische Verfahren verändert wurden und neue DNA-Abschnitte enthalten, die durch konventionelle Züchtungsmethoden nicht entstanden wären. Auch intragene Pflanzen, obwohl sie Gene aus kreuzbaren Arten verwenden, fallen unter die GVO-Definition, da die Art der genetischen Veränderung (künstliche Rekombination von DNA-Fragmenten) als gentechnisch eingestuft wird.
Welche Vorteile bieten intragene Pflanzen gegenüber transgenen Pflanzen?
Intragene Pflanzen bieten potenziell eine höhere öffentliche Akzeptanz, da die genetische Veränderung innerhalb des natürlichen Genpools der Pflanzenart bleibt. Sie können auch als "natürlicher" wahrgenommen werden, obwohl sie ebenfalls gentechnisch verändert sind. Darüber hinaus können sie in einigen Fällen eine präzisere und gezieltere Verbesserung von Pflanzeneigenschaften ermöglichen, ohne artfremde genetische Informationen einzuführen.
Fazit
Sowohl transgene als auch intragene Pflanzen stellen wichtige Fortschritte in der Pflanzenbiotechnologie dar. Während transgene Pflanzen die Möglichkeit eröffnen, Pflanzen mit völlig neuen Eigenschaften auszustatten, bieten intragene Pflanzen einen Weg, Pflanzen innerhalb des natürlichen Genpools zu verbessern. Beide Verfahren tragen dazu bei, Pflanzen widerstandsfähiger, ertragreicher und nahrhafter zu machen und somit die Herausforderungen der modernen Landwirtschaft und Ernährungssicherung anzugehen. Die Wahl zwischen Transgenese und Intragenese hängt von den spezifischen Zielen der Pflanzenzüchtung und den jeweiligen regulatorischen und gesellschaftlichen Rahmenbedingungen ab. Es ist wichtig zu betonen, dass beide Technologien sorgfältig erforscht und reguliert werden müssen, um ihre sichere und nachhaltige Anwendung zu gewährleisten.