16.16: Transgene Pflanzen

Die rekombinante DNA-Technologie, die als Transgenese bezeichnet wird, wird häufig verwendet, um ein fremdes Gen hinzuzufügen oder ein schädliches Gen aus einem Organismus zu entfernen. Solche gentechnisch veränderten Organismen werden als transgene Organismen bezeichnet.

Die erste transgene Pflanze war eine Tabakpflanze, die 1983 entwickelt wurde und eine Resistenz gegen das Tabakmosaikvirus zeigte. Seitdem wurden viele transgene Pflanzen entwickelt und vermarktet, um den landwirtschaftlichen, dekorativen und gartenbaulichen Wert einer Kulturpflanze zu verbessern. Transgene Pflanzen können auch als Bioreaktor zur Herstellung von wirtschaftlich wichtigen Metaboliten oder Proteinen verwendet werden.

Physikalische Methoden zur Übertragung von Genen auf Pflanzen

Viele Methoden, wie z.B. Elektroporation und Mikroprojektilbeschuss, können verwendet werden, um ein fremdes Gen in einen pflanzlichen Protoplasten zu übertragen. Während der Elektroporation gibt ein Gerät Hochspannungsimpulse an die Protoplastensuspension ab. Dadurch wird die Durchlässigkeit des Protoplasten erhöht, so dass die fremde DNA in die Zelle eindringen und sich in das Pflanzengenom integrieren kann.

Im Gegensatz dazu werden beim Mikroprojektil-Beschuss oder der biolistischen Methode kugelförmige Partikel aus Wolfram oder Gold (Mikroprojektile) mit dem Plasmid-tragenden Gen von Interesse beschichtet. Die beschichteten Partikel werden dann mit einem Instrument, das als Partikelkanone bezeichnet wird, auf 300 bis 600 m/s beschleunigt. Das Instrument verwendet Hochdruck-Heliumgas, um eine Treibkraft bereitzustellen, die den plasmidbeschichteten Partikeln hilft, die Zellwand der Pflanze zu durchdringen. Sobald sich das interessierende Gen in der Zelle befindet, integriert es sich in das Pflanzengenom. Diese Methode kann verwendet werden, um DNA in Kalluskulturen, meristematisches Gewebe, unreife Embryonen, pflanzliche Zellsuspensionen usw. einzubringen.

Anwendungen von transgenen Pflanzen

Die rekombinante DNA-Technologie wird häufig bei der Entwicklung von schädlings- und virusresistenten Pflanzen eingesetzt. Die Technik ist auch hilfreich, um den Lipid-, Stärke- und Proteingehalt der Samen zu verändern.

Zum Beispiel ist Goldener Reis eine gentechnisch veränderte Reispflanze mit erhöhtem Nährwert. Diese transgene Reissorte produziert β-Carotin – eine Vorstufe von Vitamin A, die ihm eine goldene Farbe verleiht. Es wird durch Agrobacterium-vermittelte DNA-Transformation hergestellt, bei der die rekombinante DNA, die drei Gene trägt, die für Enzyme kodieren – Phytoensynthase, Phytoen-Desaturase und Lycopin-β-Cyclase – in das Genom der Zielreisembryonen eingefügt wird. Die Embryonen entwickeln sich dann zu Pflanzen, die β-Carotin produzieren. Goldener Reis wurde entwickelt, um den Vitamin-A-Mangel in Entwicklungsländern zu bekämpfen.

Einige andere transgene Pflanzen, wie z. B. Bt-Baumwolle, wurden durch Einfügen eines Gens modifiziert, das aus dem Bakterium Bacillus thuringiensis isoliert wurde – einem grampositiven Bakterium, das im Boden vorkommt. Solche transgenen Pflanzen produzieren Kristall- oder “Cry”-Protein, das schädliche Insekten abtötet und die Pflanze insektenresistent macht.