Gentechnik

Beispiele Forschung und Entwicklung (Gentechnik, neue Züchtungsverfahren)

Reis mit verschiedenen verbesserten Merkmalen. In Indien wurden im Mai 2025 zwei Reislinien (DRR Rice 100, Pusa DST Rice 1) für den Anbau zugelassen, die am National Rice Research Institute (ICAR) mit Hilfe der Genome Editing-Methode CRISPR/Cas entwickelt wurden. Es wurden mehrere verschiedene Merkmale verbessert: Der DRR Rice 100 (Kamala) weist eine höhere Toleranz gegenüber klimabedingtem Stress wie Trockenheit und Versalzung auf und erbringt bis zu 19 Prozent mehr Ertrag. Der Reis Pusa DST Rice 1 wurde so optimiert, dass er auf salzigen sowie alkalischen Böden gedeihen kann und dabei bis zu 30 Prozent höhere Erträge liefert. Die beiden Reislinien sind weltweit die ersten zugelassenen Reisvarianten, die durch Genome Editing gezüchtet wurden.

Dürre- und Salztoleranz. Auch andere Forschungsprojekte beschäftigen sich mit der Entwicklung klimaresilienter Reissorten. Dabei werden verschiedene Ansätze und Verfahren (Gentechnik, Genomforschung, Smart breeding) genutzt. In China hat man mit klassischen Gentechnikmethoden Reissorten entwickelt, die mit hohen Salzgehalten im Boden zurecht kommen. Dafür wurde in das Reisgenom ein Gen aus der auf Salzböden wachsenden Pflanze Suaeda salsa eingeschleust. Andere chinesische Wissenschaftler haben mit CRISPR/Cas die Produktion des Proteins AGO2 verstärkt, wodurch sich die Reispflanzen toleranter gegenüber Salz erwiesen.

Höhere Erträge. In China wurde 2017 am Institut für subtropische Landwirtschaft ein gentechnisch veränderter (gv) Reis entwickelt, der bis zu 2,20 Meter und damit mehr als doppelt so hoch werden kann wie herkömmliche Reissorten. Der gv-Reis wurde zwei Jahre im Freilandanbau getestet. Dabei lagen die Erträge der neuen Sorte um 1,8 mal höher als die der normalen Sorten. Der Reis ist außerdem salztolerant und widerstandsfähiger gegenüber Schädlingen und Überschwemmungen.

Resistenz gegen Schädlinge. In China sind mehrere insektenresistente Reislinien entwickelt und in einem groß angelegten Versuchsanbau getestet worden. Eine Variante bildet das so genannte Bt-Toxin, welches die Pflanze vor Schädlingen wie dem Reisstängelbohrer schützt. Eine andere produziert einen aus der Ackerbohne stammenden Wirkstoff, der das Verdauungssystem der Schädlinge blockiert. In den Anbauversuchen zeigte sich, dass deutlich weniger Pflanzenschutzmittel gespritzt werden müssen. Bisher ist der kommerzielle Anbau noch nicht freigegeben. - Auch in Indien und dem Iran haben Freilandversuche mit Bt-Reis stattgefunden. Dabei zeigten sich die Bt-Sorten vorteilhaft gegenüber den Vergleichssorten.

Verschiedene Nematodenarten befallen die Wurzeln der Reispflanzen. In Asien verursacht besonders der Reiswurzelknotennematode Meloidogyne graminicola (Rice root knot nematode) große Schäden im Reisanbau, es kann zu Ernteausfällen von bis zu 70 Prozent kommen. Ursprünglich in Asien beheimatet, kommt M. graminicola inzwischen auch in Nord- und Südamerika sowie im Süden von Afrika vor. 2016 wurde die Art erstmals auch in Europa (Italien) nachgewiesen. Sie besiedelt neben Reis auch Weizen. - In China hat ein Forschungsteam mit CRISPR/Cas ein „Empfindlichkeitsgen“ (OsHPP04) in Reis gezielt ausgeschaltet. Dadurch wiesen die editierten Pflanzen eine erhöhte Resistenz gegenüber dem Schädling auf. Im Hinblick auf die agronomischen Eigenschaften unterschieden sie sich nicht von herkömmlichen Reispflanzen.

Resistenzen gegen verschiedene Pilzkrankheiten, etwa gegen Reisbrand oder Weißblättrigkeit. Beide sind gefürchtete Reiskrankheiten, die hohe Ernteverluste hervorrufen. Oft sind Kleinbauern betroffen, die den Erregern wenig bis nichts entgegenzusetzen haben und ihre Familien dann nicht mehr ernähren können. Verschiedene Forschungsprojekte haben mit CRISPR/Cas und anderen Genome Editing-Verfahren, einzelne Reis-Gene so verändert, dass die Pflanzen von den jeweiligen Krankheitserregern nicht mehr befallen oder ihre natürlichen Abwehrmechanismen verstärkt werden.

In Italien wurden 2024 erstmals Freilandtests mit CRISPR-editiertem Reis durchgeführt. Ein Forscherteam der Universität Mailand hat im Genom einer Risotto-Reissorte drei Gene ausgeschaltet, die für die Anfälligkeit gegenüber Reisbräune verantwortlich sind. Die Krankheit wird durch den Pilz Pyricularia oryzae hervorgerufen und gehört zu den weltweit wirtschaftlich bedeutendsten Krankheiten bei Reis. Im Labor zeigten sich die editierten Reispflanzen, die kein fremdes Genmaterial enthalten und damit transgen-frei sind (NGT-1), deutlich weniger empfindlich gegenüber der Pilzkrankheit. Unter Freilandbedingungen sollte nun geprüft werden, ob die Resistenz auch dort wirksam ist. Die Feldversuche wurden nur wenige Wochen nach Beginn von Gentechnik-Gegnern zerstört, doch einige Pflanzen überlebten und konnten geerntet werden. Mit den Samen sollen die Freilandtests wiederholt werden.

Herbizidtoleranz. In den USA wurde 1999 herbizidresistenter gv-Reis (LL62) zugelassen, jedoch nie kommerziell angebaut. Mit dem Genome Editing-Verfahren ODM (Oligonukleotid gerichtete Mutagenese) hat die Firma Cibus einen Reis entwickelt, der eine Herbizidtoleranz aufweist, der in den USA bereits als nicht-GVO eingestuft ist. Derzeit wird die Entwicklung kommerzieller Sorten vorangetrieben. Mit der Vermarktung wird in zwei bis drei Jahren gerechnet (Stand 2023/24).

Bessere Stickstoffversorgung. An der University of California wurde Reis mit Hilfe von CRISPR/Cas so verändert, dass die Pflanzen bestimmte Substanzen in ihren Wurzeln bilden, die Stickstoff-fixierende Mikroorganismen anlocken und zur Stickstofffixierung anregen. Die genom-editierten Reispflanzen zeigten eine verstärkte Besiedelung des Wurzelbereichs mit Bakterien, welche den Pflanzen mehr Stickstoff zur Verfügung stellten. Durch die bessere Stickstoffversorgung lieferten die CRISPR-Reispflanzen auf stickstoffarmen Böden höhere Erträge als die Vergleichspflanzen.

Anreicherung mit Vitaminen und Mikronährstoffen. Reis enthält von Natur aus kaum Vitamin A. In Ländern, in denen er Hauptnahrungsmittel ist, sind daher Mangelerkrankungen weit verbreitet, die bis zur Erblindung führen können. Mit gentechnischen Methoden wurde ein Reis entwickelt, der in seinen Körnern Beta-Carotin (Provitamin A), eine Vorstufe zu Vitamin A, anreichert. Der wegen seiner gelben Farbe auch Golden Rice genannte Reis wurde in lokal angepasste Sorten eingekreuzt, die kostenlos an Kleinbauern in Asien ausgegeben werden sollen. Seit 2021 ist der „Goldene Reis“ auf den Philippinen für den Anbau zugelassen und wurde 2022 erstmals auf 40 Hektar angebaut. In Bangladesch zieht sich das Zulassungsverfahren seit Jahren hin.

Inzwischen wird auch versucht, mit den neuen Methoden des Genome Editings Provitamin A in Reis anzureichern. So erreichte ein japanisches Wissenschaftlerteam dies durch Modifikation eines Gens (Osor-Gen) mit Hilfe der Gen-Schere CRISPR/Cas.

Verschiedene Forschergruppen an Universitäten und Internationalen Agrarforschungszentren entwickeln Reissorten mit einem mehrfach erhöhten Eisengehalt in den Körnern. Eisenmangel - und als Folge davon Anämie - ist besonders in Asien und Afrika verbreitet. Reis speichert natürlicherweise 80 Prozent des Eisens in der mehrschichtigen Schale, die das Reiskorn umgibt und nur 20 Prozent im Korn selbst. Im Handel ist vor allem Weißreis erhältlich. Bei Weißreis wird die Schale entfernt. Da er nicht ranzig wird, kann er besser gelagert werden.

Auch Wissenschaftler der ETH Zürich haben Reis so verändert, dass Eisen und Zink in den inneren, weißen Teil des Reiskorns befördert und dort angereichert werden. Sie erreichten dies durch Übertragung von drei zusätzlichen Genen.

Hypoallergener Reis. In Japan wird an der Entwicklung hypoallergener Reissorten gearbeitet, bei denen die Bildung eines allergieauslösenden Proteins (AS-Albumin, Glutenin) unterdrückt wird.

Geringere Arsen-Gehalte. Arsen kommt natürlicherweise in der Erde vor und gelangt über das Grundwasser in die Nahrung. Reis ist aufgrund des Anbaus auf überfluteten Feldern besonders anfällig für Arsenanreicherungen in den Körnern. Ein zu hoher Arsengehalt in der Nahrung kann zu gesundheitlichen Problemen und Krankheiten führen. Daher gelten in der EU bestimmte Grenzwerte. Wissenschaftler an der Huazhong Agricultural University in China haben mit CRISPR/Cas in Reis ein Gen ausgeschaltet, welches für die Aufnahme von Arsen in die Pflanze verantwortlich ist. Durch die herbeigeführte Mutation verringerte sich die Aufnahme von Arsen in die Pflanze und die Arsen-Einlagerung im Reiskorn.

Freilandversuche mit gv-Reis

Die Karte zeigt, in welchen Ländern Freilandversuche durchgeführt wurden.

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Zulassungen

Zulassungen von gv-Reis

Weltweit sind sieben Events gentechnisch veränderten Reises zugelassen, in den einzelnen Ländern unterschiedlich viele.

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