Prost! Wissenschaftler haben genmanipulierte Gerste entwickelt, die Ihr Bier verbessern könnte
Wissenschaftler entwickeln und untersuchen mit Hilfe der CRISPR/Cas9-Technologie gentechnisch veränderte Gerste, die vor der Ernte nicht mehr austreibt
Nach einem unerwarteten Regenereignis vor der Erntezeit kann ein Landwirt mit dem unvorhersehbaren Problem des vorzeitigen Keimens der Gerste konfrontiert werden. Gekeimte Gerste erzielt beträchtlich niedrige Marktpreise und stellt eine wirtschaftliche Belastung für Landwirte und Unternehmen dar, die der Natur ausgeliefert sind, um in der Landwirtschaft zu überleben. Auch die Verschärfung des Klimawandels hat die Situation nicht besser gemacht.
Die Keimung der nicht mutierten Gerste war fast vollständig, während die genveränderte Gerste überhaupt nicht keimte. Dies zeigt, dass die gentechnisch veränderte Gerste länger geruht hat (die Bilder wurden 7 Tage nach dem Einpflanzen aufgenommen).
Hiroshi Hisano from Okayama University
Das Problem der Vorerntekeimung beschäftigt daher die Agrarforscher seit langem. Die Vorerntekeimung kann durch eine verlängerte Keimruhe durch genetische Manipulation vermieden werden. Eine solche Keimruhe kann jedoch die Malzproduktion beeinträchtigen und auch eine ungleichmäßige Keimung bei der Aussaat verursachen. Für eine qualitativ hochwertige Gerstenproduktion ist es daher notwendig, diese Probleme auszugleichen.
Jetzt hat ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Dr. Hiroshi Hisano von der Universität Okayama, Japan, eine Lösung für dieses uralte Problem gefunden. Um die "perfekte" Gerste zu erhalten, setzten sie auf die neueste Technologie zur Genmanipulation - CRISPR/Cas9-basiertes Gene Editing. Dr. Hisano sagt zu ihrer Motivation, die Gerste zu perfektionieren: "Wir erkannten die Notwendigkeit, Nutzpflanzen strategisch zu manipulieren, um den Auswirkungen des sich ständig verschärfenden Klimawandels zu begegnen. Da unsere Forschungsgruppe bereits Erfahrung mit der präzisen Genom-Editierung von Gerste hatte, entschieden wir uns zunächst für diese Methode. Außerdem haben frühere Studien bestimmte Gene für die Korn- und Samenruhe in Gerste identifiziert, nämlich Qsd1 und Qsd2. Daher war unser Modus Operandi ziemlich klar". Ihre Ergebnisse wurden in einem Forschungsartikel im Plant Biotechnology Journal veröffentlicht.
Um die gewünschte Gerste zu erhalten, manipulierten Dr. Hisano und sein Team Proben der Gerste "Golden Promise" mit Hilfe der gezielten CRISPR/Cas9-Mutagenese genetisch so, dass sie entweder Einzelmutanten (qsd1 oder qsd2) oder Doppelmutanten (qsd1 und qsd2) wurden. Anschließend führten sie Keimungstests mit allen Mutanten und nicht mutierten Proben durch.
Die Ergebnisse, die sie für die Mutanten im Vergleich zu den Nicht-Mutanten erhielten, waren äußerst interessant. Alle Mutanten zeigten eine verzögerte Keimung, aber es gab auch mutantenspezifische oder bedingte Eigenschaften. Die Keimung der Mutanten wurde durch eine Behandlung mit 3 % Wasserstoffperoxid gefördert; die Aussetzung aller Mutanten gegenüber kalten Temperaturen förderte die Keimung weitgehend, was darauf hindeutet, dass die Körner der Mutanten nicht tot waren, sondern länger geschlummert hatten. Die qsd1-Mutation in einzelnen Mutanten verringerte teilweise die lange Kornruhe, was auf qsd2 zurückzuführen ist; und qsd2-Mutanten konnten im Dunkeln keimen, aber nicht im Licht. Außerdem wiesen alle Mutanten eine Anhäufung von Abscisinsäure auf, was mit den bei der verzögerten Keimung beobachteten Bedingungen übereinstimmt. Bemerkenswert ist, dass diese Ansammlung von Abscisinsäure für sich genommen keine langfristige Keimruhe aufrechterhalten kann, die für die Produktion hochwertiger Gerste wichtig ist.
Die Forscher sind begeistert, dass sie mit ihrem pflanzenbiotechnologischen Projekt einen Volltreffer gelandet haben. Dr. Hisano freut sich: "Es ist uns gelungen, mit Hilfe der CRISPR/Cas9-Technologie eine Gerstenmutante zu erzeugen, die gegen das Austreiben vor der Ernte resistent ist. Außerdem hat unsere Studie nicht nur die Rolle von qsd1 und qsd2 bei der Kornkeimung oder Keimruhe geklärt, sondern auch festgestellt, dass qsd2 eine wichtigere Rolle spielt."
Insgesamt ist diese Studie ein Meilenstein für die gegenwärtige und künftige Forschung zur Verbesserung von Kulturpflanzen durch effiziente Genmanipulation, wie sie CRISPR/Cas9 bietet. Die Forscher sind zuversichtlich, dass sie mit ihren verbesserten biotechnologischen Techniken in der Lage sein werden, die Nahrungsmittel- und Umweltprobleme zu lösen, mit denen die Menschen derzeit weltweit konfrontiert sind.
Die Welt hofft mit ihnen auf ein besseres Bier!
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