Pflanzenforschung

Mehr als tausend Publikationen. Die ganze Welt nutzt CRISPR

(08.10.2018) Forschung mit der Gen-Schere CRISPR/Cas boomt - auch bei Pflanzen. Das neue Werkzeug eröffnet ungeahnte Möglichkeiten etwa im Pflanzenschutz. An die 50 Kulturpflanzenarten wurden schon mit der Gen-Schere oder anderen Verfahren des Genome Editings bearbeitet, etliche Entwicklungen sind bereits reif für den Markt. China hat dabei mit großem Abstand die Nase vorn, vor den USA. Das Julius Kühn-Institut hat nun eine Übersicht über den Stand der Dinge erstellt.

Anzahl der Studien zu Genome Editing insbesondere CRISPR

Anzahl der Studien zu Genome Editing-Anwendungen bei Pflanzen von 1996 bis 2018. Die Zahl der Veröffentlichungen zu CRISPR/Cas ist in den letzten Jahren rasant gestiegen.

Genome Editing: Anwendungen nach Pflanzenarten

Anzahl der Genome Editing-Anwendungen nach Pflanzenarten. Die Übersicht des JKI stuft 102 Anwendungen als „marktorientiert“ oder „marktreif“ ein. Diese umfassen 33 Kulturpflanzenarten.

Anzahl an Genome Editing-Anwendungen nach Merkmalen

Genome Editing-Anwendungen bei Pflanzen nach Merkmalen. Die meisten Projekte haben Ertragssteigerungen oder eine Verbesserung der Produktqualität - wie z.B. veränderte Fettsäuremuster, mehr gesundheitsfördernde Inhaltsstoffe, längere Haltbarkeit - zum Ziel.

Großes Foto oben: Dean Calma, IAEA

Mit den neuen Züchtungstechnologien des Genome Editings ist es möglich geworden, einzelne DNA-Bausteine in einer Pflanze „umzuschreiben“ und zwar so zielgerichtet und genau, wie es bis vor kurzem nicht vorstellbar war. Das Ergebnis sind Punktmutationen ähnlich wie bei der herkömmlichen Mutationszüchtung, nur dass diese nicht mehr zufällig passieren, sondern gezielt gesetzt werden.

Insbesondere seit Erfindung der „Gen-Schere“ CRISPR/Cas, die einfach und präzise zu handhaben und zudem kostengünstig ist, herrscht Aufbruchstimmung in der Pflanzenforschung.

Das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) hat nun eine vom Julius Kühn-Institut (JKI) erstellte aktuelle Übersicht zum Stand der Anwendung der neuen Züchtungstechnologien bei Nutzpflanzen veröffentlicht. Ausgewertet wurde Literatur zu Genome Editing im Zeitraum zwischen 1996 und Mai 2018. Mit Beginn 2013 ist die Zahl der veröffentlichten Studien zu CRISPR/Cas bis heute rasant gestiegen. Waren es 2013 etwa 30, so hat sich die Zahl bis 2017 mehr als verzehnfacht. 2018 waren es bis Mai schon mehr als 200. Andere Verfahren wie z.B. TALEN spielen dagegen im Vergleich eine nur noch untergeordnete Rolle und die Zahl der Veröffentlichungen nimmt entsprechend ab.

Die meisten Forschungsprojekte stammen federführend aus China (541), gefolgt von den USA (387). Deutschland steht nach Japan mit 81 Studien an vierter Stelle.

Reis ist mit Abstand die Kulturpflanze, die am meisten mit den neuen Genome Editing-Verfahren erforscht und bearbeitet wird, gefolgt von weiteren wichtigen Feldfrüchten wie Mais, Weizen, Sojabohnen, Kartoffel und Tomaten. Aber auch viele weitere Gemüsearten, Obst, Wein und auch Zierpflanzen sind im Fokus der Forschung. Insgesamt ist das Spektrum mit 51 verschiedenen Kulturpflanzenarten sehr groß. Bei 80 Prozent der etwa 1200 Publikationen handelt es sich allerdings um Grundlagenforschung.

In einer gesonderten Liste haben die Autoren vom JKI 102 Projekte aufgeführt, die aus ihrer Sicht „marktorientierte“ oder „marktreife“ Anwendungen sind. Projekte ohne Anwendungsbezug - etwa Forschung an Modellpflanzen zur Funktion von Genen - wurden ausgeklammert.

Da Informationen zu laufenden Projekten mit kommerzieller Ausrichtung nur begrenzt zugänglich sind, wurde unter anderem auch auf die Datenbank der US-Landwirtschaftsbehörde „Am I Regulated?“ zurückgegriffen. Seit einigen Jahren können Unternehmen, aber auch Forschungseinrichtungen bei der Behörde anfragen, ob neue Pflanzen, an denen sie arbeiten, als Gentechnik eingestuft werden oder nicht. Wenn kein artfremdes Genmaterial eingeführt wurde und die Pflanze „transgen-frei“ ist, erteilt die Behörde in der Regel grünes Licht. Die Pflanzen fallen dann nicht unter die Gentechnik-Vorschriften und können ohne Genehmigung freigesetzt und vermarktet werden.

Bis August 2018 wurden 25 Anfragen zu genom-editierten Pflanzen (13 Kulturarten) als „dereguliert“, also Nicht-GVO eingestuft, darunter z.B. mehltau-resistenter Weizen, besser lagerfähige Kartoffeln, Raps mit verbesserter Fettsäurezusammensetzung, Luzerne, die von Tieren besser verdaut werden kann, Wachsmais mit spezieller Stärkezusammensetzung, Leindotter mit höherem Ölgehalt, Speisepilze, die nicht bräunen.

Zwölf der aufgeführten marktorientierten Projekte wurden federführend innerhalb der EU durchgeführt. So ist es etwa spanischen Wissenschaftlern gelungen, Gluten-freien Weizen zu erzeugen, indem sie mit Hilfe von CRISPR/Cas bestimmte Gene ausschalteten.

Auch zwei Projekte aus Deutschland finden sich in der Liste. An der Christian-Albrechts-Universität Kiel haben Wissenschaftler Raps mit der Gen-Schere dahingehend verändert, dass die Schoten fester und damit die Samenverluste bei der Ernte geringer sind. Das kann den Ertrag deutlich steigern. Am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen ist es - ebenfalls mit CRISPR/Cas - gelungen, Tomaten gegen Mehltau zu wappnen.

In Europa haben Forschung und Entwicklung mit Genome Editing allerdings jüngst einen Dämpfer erhalten. Der Europäische Gerichtshof urteilte im Juli, dass Mutationen im Pflanzengenom, die mit neuen Züchtungstechniken wie CRISPR/Cas erzeugt werden, als Gentechnik einzustufen sind. Damit sind in Europa konkrete Anwendungen erst einmal verbaut. Wenn genom-editierte Pflanzen den Stempel „Gentechnik“ tragen und schon jeder erforderliche Freilandtest nach altem – längst überfälligem - Gentechnikrecht genehmigt werden muss, dann wird das Potenzial der neuen Verfahren empfindlich ausgebremst.

Viele große Agrarländer außerhalb der EU haben längst einen anderen Weg eingeschlagen. So wollen außer den USA und Kanada auch Argentinien, Brasilien, Kolumbien, Chile, Israel und Australien von Fall zu Fall über neue genom-editierte Pflanzen entscheiden. Wenn keine fremde DNA neu eingeführt wurde, fallen sie dann in der Regel nicht unter die Bestimmungen für gentechnisch veränderte Organismen und dürfen ohne weitere Auflagen auf die Felder. In etlichen weiteren Ländern laufen Diskussionen zur rechtlichen Einordnung.

In Zukunft wird es kaum zu verhindern sein, dass genom-editierte Pflanzen in Agrarimporten unerkannt nach Europa gelangen.

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