Sicherheitsforschung in Gerste

Mykorrhiza - eine gelungene Symbiose

In den Freilandversuchen mit gentechnisch veränderter Gerste mit der Universität Gießen soll herausgefunden werden, ob die zusätzlichen Gene in zwei transgenen Gerstenlinien nützliche Mykorrhiza-Pilze schädigen, die mit den Pflanzenwurzeln in Symbiose leben.

In eine der beiden gentechnisch veränderten Gerstenlinien des Versuches wurde ein Gen für eine Chitinase aus dem Bodenpilz Trichoderma harzianum, der seit vielen Jahren im biologischen Pflanzenschutz verwendet wird, eingebracht. Die Chitinase zersetzt Hyphenwände von parasitären Pilzen und macht somit die Pflanzen widerstandsfähiger gegenüber Pilzinfektionen. Die zweite transgene Linie enthält ein Gen für eine Glukanase aus einem Bodenbakterium und soll die Verwertbarkeit der Gerste zur Fütterung von Geflügel verbessern.

(Foto: bioSicherheit) Mitarbeiter des Projektes bonitieren. Das Netz soll Kontakt mit Vögeln und sonstigen Kleintieren verhindern. (Versuchsfeld Gießen, 2006)

Um nun herauszufinden, ob die Chitinase und die Glukanase der transgenen Gersten auch Pilze angreifen, die für die Pflanze von Vorteil sind, wurden auf dem Versuchsfeld zum Vergleich auch die jeweiligen konventionellen Ausgangssorten angebaut. Auf einer Hälfte des Versuchsfeldes wurde dann ein kommerziell erhältliches Mykorrhizapilz-Präparat in den Boden eingearbeitet. Sollten die nützlichen Mykorrhiza-Pilze geschädigt werden, könnte sich das bereits an einem geringeren Pflanzenwachstum zeigen, weil Mykorrhiza-freie Pflanzen weniger Nährstoffe aus dem Boden aufnehmen können.

Der wechselseitige Nutzen von Pflanze und Pilz

Mykorrhiza-Pilze leben in Symbiose mit Pflanzenwurzeln, d.h. die beiden Partner, Pflanze und Pilz, bilden eine Lebensgemeinschaft zu wechselseitigem Nutzen. Der Pilz versorgt die Pflanze mit Nährstoffen wie Phosphat, die Pflanze bietet dem Pilz einen geschützten Lebensraum und versorgt ihn darüber hinaus mit Kohlenhydraten. Wissenschaftler schätzen, dass Mykorrhiza-Pilze seit nahezu 500 Millionen Jahren existieren und Ökosysteme stabilisieren. So wird vermutet, dass sie z.B. eine wesentliche Rolle beim Übergang der Pflanzen vom Meer aufs Land gespielt haben. Die Pflanze profitiert auf vielfältige Weise von ihrem Partner. Sie wächst besser, sie ist geschützt vor Krankheiten, sie kann besondere Bedingungen wie Hitze oder hohe Salzkonzentrationen besser tolerieren. Man weiß heute, dass Mykorrhiza-Pilze das antioxidative Potenzial der Pflanze erhöhen, wahrscheinlich eine Erklärung für die erhöhte Stresstoleranz der Pflanze.

Mykorrhiza-Pilze, die in Symbiose mit Gerste leben, entwickeln sich endophytisch d.h. innerhalb der Wirtspflanze. Sie wachsen in den Wurzelzellen und bilden dort Hyphengeflechte, so genannte Arbuskeln, mit denen sie Nährstoffe aus den Pflanzen aufnehmen. Arbuskuläre Mykorrhiza-Pilze, wie sie deshalb auch genannt werden, sind sehr weit verbreitet und kommen in nahezu allen Ökosystemen der Erde vor. Mehr als achtzig Prozent der Landpflanzen leben in Symbiose mit solchen Wurzelendophyten.

Was wird untersucht?

Nach der Ernte der freigesetzten Pflanzen werden nun in einem nächsten Schritt die Wurzeln von transgener und nicht-transgener Gerste auf Befall mit Mykorrhiza-Pilzen sowie parasitären Pilzen untersucht. Daran lässt sich zum einen die Resistenz der Pflanzen gegenüber im Boden ständig vorkommenden pflanzenschädigenden Pilzen ablesen; zum anderen ergibt sich gleichzeitig ein klares Bild über den Einfluss der Chitinase und Glukanase auf Mykorrhiza-Pilze.

Diese Untersuchungen erfolgen zunächst mit Hilfe des Mikroskops, indem - vereinfacht gesagt - Pilzhyphen und Sporen in der Pflanzenwurzel ausgezählt werden. Daran schließt sich ein molekularbiologisches Verfahren an, die quantitative PCR, um ein genaueres Bild über die Menge der unterschiedlichen Pilze in den Wurzeln zu bekommen. Ergeben sich durch diese Untersuchungen Hinweise auf eine Schädigung (oder Förderung) der Mykorrhiza-Pilze in den transgenen Pflanzen, werden weitere detaillierte Feinuntersuchungen von Pilzorganen, wie etwa die Struktur der Arbuskeln, mit Hilfe eines modernen zellbiologischen Verfahrens, der konfokalen Lasermikroskopie, durchgeführt.

Im geplanten Versuch werden 4000 transgene Gerstenpflanzen auf 19,2 qm freigesetzt.

(Diese Reportage über das Forschungsprojekt erschien 2006 auf dem Internetportal http://www.biosicherheit.de. Der Versuch mit der gentechnisch veränderten Gerste soll 2009 in Groß Lüsewitz fortgesetzt werden. Eine Entscheidung über die Genehmigung steht noch aus.)

Weitere Informationen zum Versuch:

Reportage bioSicherheit mit weiteren Fotos und Informationen http://www.biosicherheit.de/de/getreide/502.doku.html

"Uns interessiert das Bodenleben." Ein Gespräch mit Prof. Dr. Karl-Heinz Kogel, Professor für Pflanzenkrankheiten und Pflanzenschutz an der Universität Gießen. http://www.biosicherheit.de/de/getreide/494.doku.html

Datenbank "Biologische Sicherheitsforschung" (BMBF, Bundesministerium für Forschung und Technologie):

Transgene pilzresistente Gerste - Auswirkungen auf pathogene und nützliche Pilze http://www.biosicherheit.de/de/sicherheitsforschung/165.doku.html

Transgene pilzresistente Gerste - Auswirkungen auf Genexpression und Inhaltsstoffe http://www.biosicherheit.de/de/sicherheitsforschung/168.doku.html