Die Anforderungen an landwirtschaftliche Nutzpflanzen wachsen stetig, da die Herausforderungen durch den Klimawandel, Schädlinge und Krankheiten zunehmen. Um diesen Herausforderungen gerecht zu werden, arbeiten Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) an innovativen gentechnischen Ansätzen. In einer bahnbrechenden Studie, die in der renommierten Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde, berichten sie über die gezielte Veränderung der Chromosomenzahl in der Modellpflanze Arabidopsis thaliana, auch bekannt als Ackerschmalwand, unter Verwendung der CRISPR/Cas-Technologie.
Die CRISPR/Cas-Methode, bekannt als „molekulare Schere“, ermöglicht es Wissenschaftlern, nicht nur Gene zu modifizieren, sondern auch Chromosomenstrukturen zu verändern. Professor Holger Puchta, ein führender Experte auf diesem Gebiet, erklärt, dass Chromosomen als Träger von Genen fungieren, die für verschiedene Eigenschaften von Pflanzen verantwortlich sind, darunter Resistenzen gegen Krankheiten und die Entwicklung spezifischer Merkmale. Jedes Lebewesen hat eine charakteristische Anzahl von Chromosomen. Beispielsweise verfügen Menschen über 46 Chromosomen, während die Ackerschmalwand nur zehn Chromosomen hat.
Bisher war unklar, wie sich eine Veränderung der Chromosomenzahl auf das Wachstum von Pflanzen auswirkt. Die neuen Ergebnisse zeigen jedoch, dass eine Reduzierung der Chromosomenzahl in der Ackerschmalwand nicht negative Auswirkungen auf deren Entwicklung hat. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Pflanzenzüchtung, insbesondere hinsichtlich der gezielten Kombination von gewünschten Eigenschaften.
Im Rahmen ihrer Forschung haben die Wissenschaftler die Anzahl der Chromosomen durch gezielte Übertragung von Chromosomenarmen verändert. Durch das Verschmelzen von zwei Chromosomen entstanden Pflanzen mit nur acht Chromosomen anstelle der ursprünglich zehn. Dr. Michelle Rönspies, Erstautorin der Studie, hebt hervor, dass solche Veränderungen in der Evolutionsgeschichte natürlicherweise vorkommen, und ihre Experimente nun einen Einblick in diese Prozesse im Labor bieten.
Ein weiterer Aspekt der Studie beschäftigt sich mit der Kreuzbarkeit und Fruchtbarkeit der modifizierten Pflanzen. Während Pflanzen mit acht Chromosomen im Wachstum keine signifikanten Unterschiede zu ihren „normalen“ Verwandten zeigten, wurde beobachtet, dass die Nachkommen aus Kreuzungen mit anderen Pflanzen weniger Samen produzierten. Dies geschieht, weil die modifizierten Chromosomen bei der Fortpflanzung nicht optimal mit den unveränderten Chromosomenpaaren interagieren, was zu fehlerhaften Keimzellen führen kann.
Die Forschung zeigt, dass die Flexibilität der Pflanzengenome bei massiven Umstrukturierungen bemerkenswert ist. Solche gezielten Veränderungen könnten langfristig genutzt werden, um Pflanzen von ihren wilden Verwandten genetisch zu isolieren und unerwünschte Kreuzungen zu verhindern. Laut Puchta eröffnet dieser innovative Ansatz neue Perspektiven für die Verbesserung von Nutzpflanzen und die Entwicklung nachhaltigerer landwirtschaftlicher Praktiken.
Die Ergebnisse dieser Studie sind nicht nur für die wissenschaftliche Gemeinschaft von Interesse, sondern könnten auch weitreichende Auswirkungen auf die Landwirtschaft haben. Durch die gezielte Veränderung der Chromosomenzahl könnte es möglich werden, Pflanzen mit spezifischen Eigenschaften gezielt zu züchten, die besser an die sich verändernden Umweltbedingungen angepasst sind.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Forschungen am KIT einen bedeutenden Fortschritt in der Gentechnik darstellen. Die Möglichkeit, die Chromosomenzahl von Pflanzen gezielt zu verändern, könnte die Züchtung von Nutzpflanzen revolutionieren. Die Erkenntnisse aus dieser Studie bieten eine vielversprechende Grundlage für zukünftige Forschungsprojekte und Anwendungen in der Landwirtschaft, die darauf abzielen, den globalen Herausforderungen der Nahrungsmittelproduktion und des Klimawandels begegnen zu können.
