Auf der Suche nach der perfekten Himbeere
Nachhaltigere Produktion und weniger Lebensmittelabfälle: Bahnbrechende Genom-Editing-Technik könnte die Zukunft von Obst und Landwirtschaft sein
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Eine unserer beliebtesten Sommerbeeren könnte sich dank bahnbrechender neuer Forschungsarbeiten an der Universität Cranfield länger im Kühlschrank halten. Forscher haben kürzlich eine neue Methode zur Veränderung der DNA von Himbeeren veröffentlicht, mit dem Ziel, eine nachhaltigere Himbeerproduktion und weniger Lebensmittelabfälle zu erreichen.
Ryan Creeth hält eine Himbeerpflanze in der Pflanzenzuchtanlage Glasshouse der Universität Cranfield
Ryan Creeth, Cranfield University
Erstmals Gen-Editing bei Himbeeren
Die neue Studie beschreibt eine neuartige Methode zur Isolierung einzelner Zellen (Protoplasten) aus dem Blattgewebe von Himbeer-Mikropflanzen, die in steriler Gewebekultur gezüchtet wurden.
Die Protoplasten wurden dann mit CRISPR-Cas9 gentechnisch verändert, einer revolutionären Biotechnologie, die so programmiert werden kann, dass sie auf jede beliebige Region des Genoms abzielt und Änderungen an der DNA vornimmt. Diese Studie ist das erste Mal, dass das CRISPR-Gen-Editing bei der Roten Himbeere(Rubus idaeus) in einer von Fachleuten begutachteten Veröffentlichung validiert wurde.
Da das DNA-freie Gene Editing bei Himbeeren nun validiert wurde, könnte es eine viel schnellere, effizientere und präzisere Züchtung neuer Himbeersorten mit verbesserten Merkmalen ermöglichen - dies könnte bedeuten, dass in Zukunft schmackhaftere und nachhaltigere Himbeeren in den Supermarktregalen zu finden sind.
So führte beispielsweise eines der in dieser Studie bearbeiteten Gene, NPR1, bei der Bearbeitung von Tomaten zu einer erhöhten Resistenz gegen Grauschimmel. In Zukunft könnte dies dazu genutzt werden, Himbeersorten mit längerer Haltbarkeit zu züchten, was die Lebensmittelverschwendung verringern und die Nachhaltigkeit verbessern würde. Diese Techniken könnten auch zu süßeren, größeren und kernlosen Himbeerfrüchten führen oder höhere Ernteerträge und eine größere Widerstandsfähigkeit gegenüber Hitzewellen infolge des Klimawandels ermöglichen.
Entscheidend ist, dass das Gen-Editing die Sortenverbesserung beschleunigen wird: Präzise verbesserte Versionen von Elite-Himbeersorten könnten innerhalb von etwa 12 Monaten erzeugt werden und für die Vermehrung und Erprobung in landwirtschaftlichen Betrieben bereit sein. Im Vergleich dazu beruht die herkömmliche Pflanzenzüchtung auf Fremdbestäubung und zufälliger Genvermischung, gefolgt von einer zehnjährigen oder längeren Feldauslese, bevor die marktnahe Bewertung beginnt.
Der letzte Schritt besteht darin, Wege zu finden, um ganze Himbeerpflanzen aus den gentechnisch veränderten einzelligen Protoplasten zu regenerieren, was bei vielen Kulturpflanzen möglich ist, bei anderen jedoch schwierig sein kann. Aus den regenerierten Pflanzen würden dann gentechnisch veränderte Himbeeren mit vorteilhaften Eigenschaften wie einer größeren Resistenz gegen Schimmelpilze entstehen.
Neue Möglichkeiten in einem neuen rechtlichen Umfeld
Wichtig ist, dass das DNA-freie Gene Editing nicht zur Erzeugung eines gentechnisch veränderten Organismus (GVO) führt. Die DNA-Veränderungen in dieser Studie sind auf genetischer Ebene nicht von denen zu unterscheiden, die durch natürliche Mutation im Laufe der Zeit oder durch herkömmliche Pflanzenzucht entstehen. Dies liegt daran, dass keine nicht-heimische (d. h. nicht-himbeerartige) DNA in das Himbeergenom eingeführt wird.
Stattdessen wird CRISPR in Form des Cas9-Proteins und der Leit-RNA in die Himbeerprotoplasten eingebracht, die eine Veränderung der DNA bewirken, aber nicht physisch in das Himbeergenom eingebaut werden. Dies ist von entscheidender Bedeutung für die Einhaltung des neuen Gesetzes über Gentechnik (Präzisionszüchtung) (2023), das nur nicht-transgene Veränderungen an der DNA von Pflanzenarten für die Produktion und den Verbrauch in England zulässt.
"Präzisionszüchtungstechniken sind unerlässlich, um die Lebensmittelverschwendung zu bekämpfen, die Nachhaltigkeit und Ernährung zu verbessern und die Kosten für Lebensmittel zu senken", sagte Ryan Creeth, der Doktorand, der die neue Methode zusammen mit den Koautoren Dr. Zoltan Kevei und Prof. Andrew Thompson entwickelt hat.
"Es ist wirklich wichtig, dass wir modernste Techniken wie das DNA-freie Gene Editing bei einer größeren Anzahl von Pflanzenarten einsetzen, um die Forschung erfolgreich von der Wissenschaft in die Praxis zu übertragen. Es sind noch weitere Forschungsarbeiten erforderlich, insbesondere bei der Regeneration von Himbeerpflanzen mit Gen-Editing. Aber es ist ein vielversprechender Anfang für eine der beliebtesten Beerenfrüchte der Nation.
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