Gentechnik: „Super“-Photosynthese gelungen

Für ihr Wachstum und ihre Entwicklung benötigen Pflanzen neben Nährstoffen nur Wasser, Sonnenlicht und Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre. Als Abfallprodukt produzieren sie Sauerstoff, den wir Menschen und Tiere zum Atmen brauchen. Die pflanzliche Photosynthese ist damit unerlässlich für das Leben auf der Erde. Doch trotz seiner Relevanz ist der Prozess bei C3-Pflanzen fehlerbehaftet. Etwa bei jedem fünften Arbeitsschritt macht das zentrale Enzym der Photosynthese einen Fehler. Dann nimmt die Ribulose-1,5-bisphosphat-carboxylase/-oxygenase (RuBisCO) statt CO2 Sauerstoff auf. Dieser Fehler kostet die Pflanze viel Energie, denn das giftige Glykolat, das durch die Sauerstoffaufnahme entsteht, muss durch die Lichtatmung wieder abgebaut werden.

Lichtatmung mit Fremdgenen optimiert

Wissenschaftler haben Gene in der Tabakpflanze nun so verändert, dass die Lichtatmung wesentlich energieärmer und kürzer verlief. Tabak dient in der Pflanzenforschung als Modellpflanze, weil die Pflanze in kurzer Zeit wächst und zahlreiche Samen produziert. Zum anderen ist Tabak bereits eine etablierte Kulturpflanze und die mit dieser Pflanze erzielten Ergebnisse können so leichter auf andere Kulturpflanzen übertragen werden.

Zum Umbau der Lichtatmung testeten die Forscher verschiedene Gene aus Escherichia coli und dem Riesenkürbis (Cucurbita maxima), sowie einer Grünalgen-Art (Chlamydomonas reinhardtii). Insgesamt überprüften die Forscher so 17 verschiedene Stoffwechselvarianten der Lichtatmung beim Tabak - bis sie die effektivste Variante ausfindig gemacht hatten.

Blockade von Transportprotein lässt Lichtatmung nur in Chloroplasten stattfinden

Den natürlichen Stoffwechselweg der Lichtatmung legten die Wissenschaftler dabei mit der RNA-Interferenz still. Normalerweise nutzt die Pflanze für die Lichtatmung verschiedene Zellorganellen, unter anderem auch die Chloroplasten. Über die Blockade eines Transportproteins konnten die Forscher bewirken, dass die Lichtatmung ausschließlich in den Chloroplasten stattfindet. Auf diese Weise entstehen in der Pflanze weniger giftige Nebenprodukte. In der Folge verbraucht die Pflanze weniger Energie für die Lichtatmung. Die überschüssige Energie kann die Pflanze für ein schnelleres Wachstum nutzen.

Im Feldversuch 41 Prozent mehr Biomasse

Das Verfahren funktionierte nicht nur im Gewächshaus, sondern auch bei Feldversuchen in der freien Natur. Nach der Ernte trockneten die Wissenschaftler die Pflanzen und verglichen ihr Gewicht: Die gentechnisch veränderten Pflanzen produzierten durchschnittlich 41 Prozent mehr Biomasse als die naturbelassenen Pflanzen.

Die in Tabak etablierte Technik lässt sich auch auf andere Nutzpflanzen übertragen. Aktuell arbeiten die Forscher an Ertragssteigerungen bei Sojabohnen, Augenbohnen, Reis, Kartoffeln, Tomaten und Auberginen. Die Wissenschaftler planen, ihre gentechnisch veränderten Pflanzen später einmal Kleinbauern in verschiedenen Regionen der Welt gratis zur Verfügung zu stellen.

Während gentechnisch veränderte Pflanzen in den USA bereits weitgehend gesellschaftlich akzeptiert sind, lehnen die meisten Menschen in Europa die Gentechnik grundsätzlich ab. Die Gründe dafür sind vielfältig. Neben den ungewissen Folgen für die Umwelt befürchten viele Gentechnikgegner auch eine mögliche Abhängigkeit der Bauern von den Saatguterzeugern.

Dies ist ein Auszug aus einem Beitrag auf der Plattform pflanzenforschung.de. Weitere Informationen unter „Super“-Photosynthese