Robuster Reis für schlechtes Wetter
Die Entwicklung einer genetisch veränderten Reissorte könnte Millionen Bauern davor bewahren, ihre Ernte bei Überschwemmungen zu verlieren, und zeigt, dass Gentechnik auch die biologische Vielfalt nutzen kann, ohne artfremde Gene in Pflanzen einzubauen.
- Niels Boeing
Reis ist für rund 3,5 Milliarden Menschen das Hauptnahrungsmittel. Diese Zahl dürfte in den kommenden Jahrzehnten noch zunehmen, während zunehmende Unwetterkatastrophen und Prognosen über den Klimawandel schwere Zeiten für den Reisanbau ankünden. Deshalb arbeiten Reisforscher an neuen robusten Sorten, um die Versorgung mit dem wichtigsten Getreide der Welt sicherstellen zu können. Eine Entdeckung, die Hoffnung macht, ist nun Wissenschaftlern aus Kalifornien und am Internationalen Reisforschungsinstitut (IRRI) auf den Philippinen gelungen: Mit Hilfe von zusätzlichen Genen haben sie Reissorten so verändert, dass diese mehrere Wochen andauernde Überschwemmungen von Feldern überstehen können. Die Arbeit ist gleichzeitig ein Beleg für den Erfolg des so genannten Smart Breeding, einer Weiterentwicklung der Gentechnik, die ohne den Einbau artfremder Gene auskommt.
„Es gibt bislang nur sehr wenige Reissorten, die unempfindlich gegen eine Überflutung sind“, sagt Pamela Ronald von der Universität Davis, die an dem Projekt beteiligt war. Die meisten angebauten Sorten, üblicherweise zur Familie Oryza sativa gehörend, würden nach einer Woche unter Wasser eingehen. „Das ist eines größten Problem für den Reisanbau in Süd- und Südostasien und verursacht Verluste von 1 Milliarde Dollar pro Jahr“, so Ronald. Vor allem in Bangladesch ist es in den vergangenen Jahren zu schweren Überschwemmungskatastrophen gekommen. „Betroffen sind gerade die ärmsten Bauern der Welt.“ Ihr Kollege David McKill vom IRRI schätzt, dass weltweit bis zu 15 Millionen Hektar überschwemmungsgefährdet sind.
Das entscheidende genetische Merkmal „Sub1“ (kurz für „Submergence 1“) für eine Überschwemmungstoleranz fanden die Forscher in einer Kreuzung aus zwei bekannten Sorten. Es enthält unter anderem drei Gene, Sub1-A, -B und -C. Während Sub1-B und –C in allen Reissorten vorkommen, gibt es von Sub1-A zwei Varianten. Nur eine, die seltenere, führt zur Robustheit gegen Überflutung: Steht die Pflanze unter Wasser, wird die Genvariante aktiviert. Die Folge: In den Zellen werden Proteine gebildet, die den Stoffwechsel der Pflanze an anaerobische, also sauerstoffarme Bedingungen anpassen, wie sie unter Wasser herrschen.
Die Forscher fügten die entsprechende Gensequenz in drei Sorten des Swarna-Reises ein, die normalerweise bei Überschwemmungen eingehen. „Swarna ist sehr populär in Indien und Bangladesch und wird dort auf mehr als 5 Millionen Hektar angebaut“, sagt Pamela Ronald. „Wir wollten das an verbreiteten Sorten ausprobieren, weil unser Ergebnis dann von den Bauern am ehesten akzeptiert würde“, fügt David McKill hinzu.
Dann untersuchten sie, wie sich derart veränderte Swarna-Keimlinge verhalten, wenn sie längere Zeit unter Wasser stehen, denn Reiskeimlinge sind besonders verletztlich. Die Keimlinge überstanden bis zu drei Wochen. Bei ihnen wird nicht nur der Stoffwechsel umgeschaltet, die Aktivierung des Toleranzgens setzt laut Ronald auch das weitere Wachstum aus. „Wir konnten bei unserem ‚Swarna-Sub1-A’, wie wir die Sorte vorläufig getauft haben, keine wesentlichen Unterschiede im Ertrag oder der Qualität der Körner feststellen“, sagt die Biologin. Die Experimente wurden sowohl am IRRI als auch an drei Orten in Indien und Bangladesch vorgenommen.
Nun wartet weitere Arbeit auf die Reisforscher. Zum einen wollen sie ein umfassendes Gen-Screening vornehmen, mit dem sie weitere überschwemmungsunempfindliche Sorten und möglicherweise andere genetische Mechanismen finden wollen. Vier potenzielle Sub1-Sorten haben sie bereits identifiziert. Zum anderen werden verschiedene Entwicklungsprogramme in den betroffenen Regionen vorbereitet, bei denen Sub1-Sorten noch mittels Weiterzüchtung an lokale Bedingungen angepasst werden. In drei Jahren könnte der robuste Reis dann im großen Stil produziert werden. Anders als bei Züchtungen der Agrarindustrie werden die Bauern die neuen Sorten ohne Lizenzgebühren nutzen können. „Die Technologie ist frei erhältlich. Es ist IRRI-Praxis, keine Auflagen bei der Nutzung zu machen“, betont McKill.
„Der Sub1-Reis ist eine intelligente Anwendung der Erkentnisse in der Gentechnik der letzten Jahre“, urteilt Beatrix Tappeser, Gentechnik-Expertin beim Bundesamt für Naturschutz (BfN) in Bonn. Die Arbeit der Gruppe um Ronald und McKill ist ein Beispiel für den populärer werdenden Ansatz des Smart Breeding: eine Art Turbo-Züchtung im Reagenzglas. Technisch bezeichnet man dies auch als „markergestützte Züchtung“, weil mit Hilfe von Genmarkern die gesuchten Eigenschaften identifiziert und ihre Weitergabe kontrolliert werden kann. „Man vermeidet die ganze Problematik der transgenen Pflanzen“, so Tappeser.
Bei denen werden artfremde Gene ins Pflanzengenom eingebaut. Ein bekanntes Beispiel ist der so genannte „Bt-Mais“, unter anderem von den Agrarkonzernen Monsanto und Pionier Hi-Bred entwickelt, bei dem ein eingeschleustes Bakteriengen (des Bacillus thuringiensis, daher „Bt“) ein Gift gegen den Maiszünsler-Schädling bildet. Transgene Pflanzen sind jedoch umstritten: Kritiker weisen daraufhin, dass die genetischen Auswirkungen auf andere Organismen bisher nicht ausreichend untersucht sein. Diese Problem gibt es beim Smart Breeding nicht. „Die neuen Methoden fußen auf der Nutzung der natürlichen Biodiversität, greifen dabei aber auf Verfahren der modernen Biotechnologie zurück“, sagt Christoph Then von Greenpeace Deutschland.
Konventionelle Züchtungsversuche an Reis, der Überschwemmungen standhält, hat es bisher zwar schon in Thailand, Kambodscha, Indien und Bangladesch gegeben. Aber die genetischen Mechanismen waren dabei noch nicht bekannt, so dass auch andere Veränderungen auftraten. Die Züchtungen seien von den Behörden nicht freigegeben worden, weil die Qualität der Reiskörner nicht ausreichte, sagt Pamela Ronald.
Auch bei anderen Pflanzen wird auf Smart Breeding gesetzt. Einer Gruppe um Dani Zamir von der Hebräischen Universität Jerusalem gelang vor zwei die Entwicklung einer Tomatensorte, bei der ein Gen aus Wildtomaten die Zuckerproduktion steigert. Inzwischen hat sie sich in den USA bei Ketchup-Herstellern etabliert, weil die der roten Soße später weniger Zucker hinzufügen müssen. Zamir hält deshalb das Smart Breeding gar für Zukunft der Hightech-Pflanzenzucht schlechthin: „Wir brauchen die Gentechnik nicht mehr.“
Nature
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