Originalquelle: http://www.mpiz-koeln.mpg.de/~rsaedler/MPIZaktuell/Petunie/Petunie.html
Petunien sind beliebte Zierpflanzen, die sich durch ihren Blütenreichtum
auszeichnen. Das MPIZ hat mit Hilfe der Gentechnik eine Petunienlinie mit
einer neuen Blütenfarbe entwickelt. Über die wissenschaftlichen
Vorarbeiten berichtete erstmals 1987 das britische Fachjournal Nature (1).
1990 und 1991 waren die "lachsroten Petunien" Gegenstand der ersten
Freilandversuche mit gentechnisch veränderten Pflanzen in der Bundesrepublik
Deutschland. Ein reges nationales und internationales Medieninteresse begleitete
die Experimente.
 Die grüne Revolution vor den Toren Kölns Im nächsten Monat kommen 30.000 gentechnisch veränderte Petunien aus den Laboratorien aufs freie Feld 8.04.1990 |  Petunias Survive German Debate Over Biotechnology 12.04.1990 |
Zur Blüte zeigte sich das Ergebnis: Das durch das A1-Gen codierte Enzym (DFR) hat eine Lücke im Stoffwechsel der Petunie ausgefüllt. Ein für Petunien neuer lachsroter Farbstoff, das Pelargonidin, wurde in den Blüten gebildet (2).
Schematische Darstellung der Aktivität des A1-Gens aus Mais in einer weißblühenden Petunienlinie: Infolge der Spezifität des A1-Genproduktes, der Dihydroflavanolreduktase (DFR), wird Dihydrokaempferol zu Leukopelargonidin reduziert, das von Petunienenzymen in das lachsrote Pelargonidinpigment umgewandelt werden kann.
Der Mechanismus DNA-Methylierung im Bereich des
35 S-Promotors führt zur Abschaltung des A1-Gens.
Das Gen kann in diesem Zustand nicht abgelesen werden.
Die Zustandsformen eines Gens werden als Allel bezeichnet.
Die Inaktivierung betraf jedoch nicht alle Pflanzen in gleicher Weise,
sondern besonders die Nachkommen, die aus dem Samen älterer Pflanzen
- also von relativ spät gebildeten Blüten - stammten. Offensichtlich
spielt der Mechanismus "DNA-Methylierung" im Hinblick auf die
Anpassung der Pflanze an wechselnde Umweltbedingungen eine wichtige Rolle
(3).
Mit Hilfe der gentechnisch veränderten Petunie konnte erstmals ein
Modellsystem geschaffen werden, wobei anhand eines erkennbaren Merkmals
- der Blütenfarbe - die Aktivität eines übertragenen Gens
überprüft werden kann.
Einige Blüten der gentechnisch veränderten
Petunien aus dem Freilandversuch im
Sommer 1990 zeigten ein rot-weißes Muster.
Die aus Südamerika stammenden, wärmeliebenden Petunien eignen sich nicht zuletzt deshalb in besonderer Weise für Freilandexperimente, da sie im mitteleuropäischen Raum als "begrenzbares System" angesehen werden können. In der Regel kommt es hier nicht zu Kreuzungen innerhalb der Art sowie zwischen Petunien und verwandten Nachtschattengewächsen. Samen und Keimlinge sind frostempfindlich. Begleitende Untersuchungen haben die Einschätzung bestätigt, daß eine unkontrollierte Ausbreitung transgener Petunien nicht zu befürchten ist (4).
Prinzip der direkten Übertragung eines Gens auf Pflanzen. Das isolierte A1-Gen aus dem Spenderorganismus (Strukturgen) wird mit einem Promotor verbunden, der für die Steuerung der Aktivität dieses Gens im Zielorganismus verantwortlich ist. Dieser sogenannte 35S-Promotor stammt aus dem Blumenkohlmosaikvirus und ist in höheren Pflanzen sehr wirksam. Das "Genkonstrukt" wird in Protoplasten (zellwandlose Einzelzellen) eingebracht. Um unter vielen Protoplasten diejenigen herausfinden zu können, die das Fremdgen tatsächlich in ihr Genom eingebaut haben, wird zusätzlich ein Resistenzgen gegen das Antibiotikum Kanamycin übertragen. Nach Zugabe von Kanamycin zu dem Nährmedium wachsen nur die Kanamycin-resistenten und damit diejenigen Protoplasten weiter, die auch das gewünschte Strukturgen in ihr Erbgut aufgenommen haben. Diese entwickeln sich durch fortlaufende Zellteilungen zu undifferenzierten Zellaggregaten, den sogenannten Kalli. Durch Zusatz von Pflanzenhormonen werden aus den Kalli schließlich komplette Pflanzen regeneriert.
Damit scheinen sich frühere Untersuchungen zu bestätigen, daß
nämlich Farbstoffe (Anthocyane) bzw. deren Zwischenprodukte eine wichtige
Schutzfunktion gegen Krankheitserreger und Schädlinge haben können.
Unter Umständen eröffnen sich Perspektiven, durch gezielte Genübertragung
solche Abwehrmechanismen eingehend zu studieren.
Die Petunienexperimente haben gezeigt, daß Freilandversuche mit transgenen
Pflanzen für die Grundlagenforschung ein sehr wichtiges Instrumentarium
darstellen, um die Wechselwirkungen zwischen Umweltfaktoren und Genaktivitäten
besser zu verstehen.
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| Der Freilandversuch 1990. Deutlich
zeigte sich der Einfluß der Hitzeperiode auf die Stabilität des
A1-Gens. Vor Beginn der Hitzewelle wiesen noch ca. 92% der Pflanzen eine
einheitliche lachsrote Färbung auf. Nach intensiver Sonneneinstrahlung
und hochsommerlichen Temperaturen blichen viele lachsrote Blüten aus,
wahrscheinlich infolge eines Abbaus des Pigmentes Pelargonidin durch das
UV-Licht. | Drei Wochen nach Abklingen der Hitzeperiode wurde der Umwelteinfluß auf die Ausprägung des A1-Gens sichtbar. Nur noch knapp 38% der Pflanzen zeigten eine intensive lachsrote Färbung, während die Genaktivität in den übrigen Pflanzen mehr oder weniger stark reduziert war. |
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