Aufgaben 139 Bio- und Gentechnik Eine neue Methode in der Pflanzenbiotechnologie: CRISPR/Cas9 Bis vor einigen Jahren gab es drei Methoden, Pflanzen mit neuen Eigenschaften herzustellen. Zwei davon wurden in diesem Kapitel intensiver behandelt: die klassische Züchtung und die Herstellung gentechnisch veränderter (transgener) Organismen, zB mittels Vektoren. Daneben gibt es noch die Erzeugung von Mutanten durch radioaktive Bestrahlung oder durch Behandlung mit mutagenen Stoffen (kAbb. 16). Das sind Chemikalien, die mit hoher Wahrscheinlichkeit das Erbgut verändern. Allerdings müssen dabei oft viele tausend Proben untersucht werden, weil man nie vorhersagen kann, ob und wo eine Mutation erzeugt wird. Daher spielt diese Mutagenese zwar eine große Rolle in der Forschung, aber immer weniger in der Herstellung von Pflanzen mit spezifischen Eigenschaften. In den letzten Jahren hat dafür eine neue Methode an Bedeutung gewonnen: die sogenannte CRISPR/Cas9-Technologie1. Dieses Verfahren des Gene Editings (Veränderung eines Gens) ist so bahnbrechend, dass den beiden Entdeckerinnen Emmanuelle Marie Charpentier und Jennifer Anne Doudna 2020 dafür der Nobelpreis für Chemie verliehen wurde. Der genaue Prozess und die ihm zugrundeliegende Genschere werden auf Seite 152 dargestellt. Der Vorteil dieses Verfahrens ist seine Zielgenauigkeit: Denn hier werden Restriktionsenzyme eingesetzt, die bestimmte Basensequenzen erkennen und schneiden. Mit Hilfe des CRISPR/Cas9-Systems kann man testen, was passiert, wenn man einzelne Basen oder ganze Basensequenzen herausnimmt, austauscht oder neue Basen einsetzt. So können Gene ausgeschaltet oder hochreguliert werden. Beispiele für auf diese Weise veränderte Pflanzen sind: •• kleinwüchsigere Reispflanzen mit dichteren und aufrechten Rispen •• später blühende und daher größere Sojabohnenpflanzen •• Tomatenpflanzen mit früherer und reichhaltigerer Blüte, sowie kompaktem Wuchs •• weißgefleckte Wassermelonen •• gegen Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc), den bakteriellen Erreger des Zitronenkrebses, resistente Zitronenpflanzen. 1 CRISPR/Cas9: Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats = kurze palindromische (spiegelverkehrt komplementäre) Wiederholungen von bestimmten DNA-Sequenzen, die 23 bis 47 bp lang sind und hintereinander angeordnet sind. Zwischen ihnen befinden sich Spacer, die 21 bis 72 bp umfassen. Das waren ursprünglich Bruchstücke viralen Erbguts. Verändert man diese Spacer, können gezielt einzelne Gene geschnitten werden. Cas9 ist ein mit CRISPR assoziiertes (CRISPR-associated) Enzym, dass an bestimmte RNA-Sequenzen bindet (die RNA-Lotsensequenz) und DNA schneidet. Mit dem neuen Verfahren der Geneditierung können einzelne Gene ausgeschaltet oder hochreguliert werden, um zB die Resistenz gegenüber Pathogenen oder den Ertrag zu erhöhen Abb.16: Methoden zur Herstellung von Pflanzen mit gezielt veränderten Eigenschaften, hier am Beispiel von Resistenz gegenüber Schädlingen. Anzucht und Vermehrung von nur jenen Pflanzen, die die gewünschte Resistenz vorweisen Letztlich können mit jeder dieser Techniken resistente Pflanzen hergestellt werden. Das Genome Editing ist allerdings wesentlich schneller und präziser. …A—TGCTATC… …ATTGCTATG… …CAATTGTAA… …ATTGCTATC… Beispielziel: Herstellen von Pflanzen, die gegen bestimmte Schadorganismen resistent sind Um neue Pflanzen zu erzeugen, stehen vier Methoden zur Verfügung: Am Anfang steht die Suche nach Varietäten von Pflanzen in der Natur, die solche Resistenzen aufweisen. Zucht Mutagenese Gentechnische Methoden Geneditierung mit CRISPR/Cas9 Kreuzung von Pflanzen mit den gewollten Eigenschaften auf natürlichem Wege Herstellen von Pflanzen mit einer oder mehreren künstlich hervorgerufenen Zufallsmutation(en) Herstellen von Pflanzen, in deren Erbgut an einer zufälligen Stelle eine längere Basensequenz eingebaut wurde Herstellen von Pflanzen mit einer gezielten Veränderung eines Gens (oder mehrerer Gene) 1 S Auf den Internetseiten von Global2000 Österreich und transgen findest du Fakten, aber auch sehr konträre Standpunkte zum Thema gv-Pflanzen. Fasse die Standpunkte der beiden Organisationen zusammen und begründe, welcher Haltung du eher zustimmen würdest. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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