Mit dem Begriff Gentransfer bezeichnet die Übertragung von Genen von einem Organismus auf einen anderen. Klingt nach hochgradiger Manipulation. Klingt aber nur, in Wirklichkeit ist es aber ein vollkommen natürlicher Prozess, der eine zentrale Rolle im Evolutionsgeschehen einnimmt.
Wissenswertes zum Gentransfer
Beim Gentransfer bei Pflanzen muss man zwischen zwei verschiedenen Arten unterscheiden. Es gibt zum einen den vertikalen Gentransfer und den horizontalen Gentransfer. Der vertikale Gentransfer beschreibt den natürlichen Weg die DNA weiter zu geben. Dies ist zum Beispiel bei der Kreuzung von Pflanzen der Fall. Aber auch zwischen eng verwandten Pflanzen-Arten kommt der vertikale Gentransfer vor. Eine weitere Möglichkeit ist die sexuelle Weitergabe der DNA durch Pollen.
Hier ein natürlicher Gentransfer mittels Pollen. ( Foto : Adobe Stock – azur13 )
Horizontaler Gentransfer
Der horizontale Gentransfer beschreibt eine Weitergabe der DNA, die nicht durch geschlechtlich Fortpflanzung erfolgt. Diese Form des Gentransfers funktioniert auch über Artgrenzen hinweg. Mit dieser Variante DNA in Pflanzen hineinzubringen, wird sich dieser Beitrag beschäftigen.
Lange Zeit galt es als unmöglich, fremde DNA von einer Pflanze auf eine andere zu übertragen. Obwohl dies unter Laborbedingungen zumindest teilweise funktionierte, scheiterte ein solcher Versuch immer in der Praxis. Der Grund liegt in der Pflanzenzelle selbst. Im Gegensatz zu humanen und tierischen Zellen, verfügen Pflanzen über eine sehr stabile Zellwand. Dieser Umstand machte es notwendig, komplett neue Verfahren zur Übertragung von DNA in eine Pflanze zu entwickeln. Am Ende der Forschung hatten die Wissenschaftler zwei Verfahren entwickelt. Den direkten und die indirekten Gentransfer. Wobei der indirekte Gentransfer heute die gebräuchlichste Methode zur Übertragung von fremder DNA auf andere Pflanzen ist.
Wie funktioniert indirekter Gentransfer bei Pflanzen? ( Video)
Zur Übertragung von DNA mittels indirekten Gentransfer bedient man sich eines Bodenbakteriums mit Namen Agrobacterium tumefaciens. Diese Methode funktioniert in der Praxis sehr gut, allerdings nur bei zweikeimblättrigen Pflanzen. Bei einer einkeimblättrigen Pflanze kann auf diese Weise keine DNA übertragen werden.
Leider gehören fast alle einheimischen Getreidesorten zu der letztgenannten Gruppe. Das Bakterium Agrobacterium tumefaciens gelangt durch verletzte Pflanzenteile in das Innere einer Pflanze. Durch ein Plasmid welches Tumore hervorruft, wird ein Teil der DNA der Bakterien in das Genom der Pflanze eingebracht.
Video: Transformation mit Agrobakterien
Im Anschluss daran wird die DNA der Bakterien von Enzymen der Pflanze in Produkte (Opine), welchen den Bakterien als Nährstoffe dienen und in Gene für Pflanzenhormone übersetzt. Letztere wiederum führen zu einem unkontrolliertem Wachstum der Zellen der Pflanzen.
Der Grund dafür liegt jedoch nicht in der DNA des Agrobacterium tumefaciens, sondern auf dem Ti-Plasmid (Ti steht für tumorindizierend). Nachdem die Pflanzen durch die Bakterien infiziert sind, wird ein Teil der Ti-Plasmid-DNA, die T-DNA (T steht für Transfer) in die DNA der Pflanze integriert.
Der eben geschilderte Transportmechanismus der Bakterien wird nun gezielt dafür genutzt um Fremd-DNA in eine Pflanze einzuschleusen. Hierzu wird aus dem Ti-Plasmid der Teil der DNA entfernt, der für die Tumorbildung verantwortlich ist, an dessen Stelle tritt nun die DNA zum Einbau in die Pflanze vorgesehen ist. Anstelle der Tumor-DNA wird nun die gewünschte DNA in die Pflanzen eingeschleust und dort verbaut.
Wie oben schon erwähnt funktioniert diese Methode nur bei zweikeimblättrigen Pflanzen. Will man Fremd-DNA auf einkeimblättrige Pflanzenübertragen, wird es schwierig. Es gibt zwar inzwischen Verfahren wie die Gemini-Viren, doch ist dieses System noch sehr fehlerbehaftet. Zum einen wird die DNA bei dieser Variante des Gentransfers zwar auf die Pflanze, jedoch nicht auf die folgende Generation übertragen. Des Weiteren werde viele Pflanzen durch die Infektion schwach und krank.
