Gentechnik

Beispiele Forschung und Entwicklung (Gentechnik, neue Züchtungsverfahren)

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 haben zahlreiche Freilandversuche mit Bt-Reis stattgefunden.

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 Hilfe von der Genome Editing-Methode 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 aber nicht von herkömmlichen Reispflanzen.

Vor allem in China wird mit Hilfe der neuen Züchtungstechnologien intensiv an Reissorten mit verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen verschiedene Schädlinge gearbeitet.

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 werden 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. In Labortests zeigten sich die editierten Reispflanzen deutlich weniger empfindlich gegenüber der Pilzkrankheit. Nun wird überprüft, ob das auch unter Freilandbedingungen der Fall ist. Der editierte Reis enthält kein fremdes Genmaterial und ist transgen-frei (NGT-1).

Herbizidtoleranz. In den USA wurde 1999 herbizidresistenter gentechnisch veränderter (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).

Dürre- und Salztoleranz. Mehrere Forschungsprojekte beschäftigen sich mit neuen Reissorten, die Dürreperioden besser überstehen. Dabei werden verschiedene Ansätze und Verfahren (Gentechnik, Genomforschung, Smart breeding) genutzt. Da Salztoleranz durch mehrere Gene vermittelt wird, ist die Eigenschaft im Züchtungsprozess schwierig zu bearbeiten.

In China hat man Reissorten entwickelt, in die ein Gen aus der auf Salzböden wachsenden Pflanze Suaeda salsa eingeschleust wurde. - Andere chinesische Wissenschaftler haben mit CRISPR/Cas die Produktion eines Proteins (AGO2) verstärkt, wodurch sich die Reispflanzen toleranter gegenüber Salz erwiesen.

Höhere Erträge. In China wurde 2017 am Institut für subtropische Landwirtschaft ein 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 gv-Reis ist außerdem salztolerant und widerstandsfähiger gegenüber Schädlingen und Überschwemmungen.

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 Wissenschaftler-Team dies durch Modifikation eines Gens (Osor-Gen) mithilfe 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. Freisetzungen sind geplant.

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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