Größere Erträge Forscher züchten die Super-Pflanze

Wissenschaftler haben den Stoffwechsel von Pflanzen gentechnisch so verändert, dass sie schneller wachsen und 40 Prozent mehr Biomasse erzeugen. Sie wollen damit ein Problem von globaler Dimension angehen.

Brian Stauffer / University of Illinois / DPA

Pflanzen beherrschen einen erstaunlichen Trick: Sie benötigten im Wesentlichen nur Kohlendioxid aus der Atmosphäre, etwas Wasser und Energie aus Sonnenlicht, um die Substanzen aufzubauen, aus denen sie bestehen. Gleichzeitig wird bei dem Prozess der Sauerstoff frei, den Menschen und Tiere zum Atmen brauchen. Ohne die Fotosynthese wäre ein Leben auf der Erde nicht möglich, nahezu die gesamte Biomasse geht auf diesen Prozess zurück. Allerdings verläuft er nicht immer optimal.

In etwa zwanzig Prozent der Fälle macht das Enzym RuBisCO einen Fehler und nimmt statt Kohlendioxid Sauerstoff auf. Dadurch entsteht ein für die Pflanze giftiges Nebenprodukt, das aufwendig durch Lichtatmung abgebaut werden muss. Das kostet die Pflanzen viel Energie.

Fotostrecke

5  Bilder
Genveränderter Tabak: Schneller wachsen

US-Forschern ist es nun gelungen, den Prozess der Fotosynthese deutlich effektiver zu machen, berichten sie im Fachblatt "Science". Sie veränderten in Tabakpflanzen die Gene so, dass die Lichtatmung viel kürzer und weniger aufwendig verlief. Dafür nutzten die Wissenschaftler Gene des Riesenkürbis (Cucurbita maxima) und von einer Grünalgen-Art (Chlamydomonas reinhardtii). Tabak ist eine bei Biotechnologen beliebte Modellpflanze, unter anderem, weil sie schnell wächst und viele Samen produziert.

"200 Millionen Menschen mehr ernähren"

In der Natur läuft die Lichtatmung in verschiedenen Organellen der Pflanzenzellen ab, unter anderem in den fotoaktiven Chloroplasten. Die Forscher blockierten nun ein Transporterprotein, sodass der Stoffwechsel in den Chloroplasten verbleibt. Dabei entsteht eine geringere Menge giftiger Nebenprodukte. Im Ergebnis muss die Pflanze weniger Energie für die Lichtatmung aufbringen und kann schneller wachsen.

"Wir könnten bis zu 200 Millionen Menschen mehr ernähren mit den Kalorien, die im Mittleren Westen der USA durch Fotorespiration verloren gehen", sagt Donald Ort von der University of Illinois, der an der Studie mitgearbeitet hat.

Die Biotechnologen testeten ihr Verfahren, indem sie die veränderten Tabakpflanzen nicht nur in Gewächshäusern, sondern auch auf Feldern anpflanzten. Im Vergleich zu naturbelassenem Tabak erzeugten die manipulierten Pflanzen durchschnittlich 41 Prozent mehr Biomasse. Für einen besseren Vergleich wurden die Pflanzen zuvor getrocknet.

Die Forscher haben nun damit begonnen, mithilfe ihrer Erkenntnisse auch den Ertrag von Sojabohnen, Augenbohnen, Reis, Kartoffeln, Tomaten und Auberginen zu steigern. Sie hoffen dadurch auf bessere Ernten. Die gentechnisch veränderten Pflanzen sollen später einmal Kleinbauern in vielen Regionen der Welt kostenfrei zur Verfügung gestellt werden, versichern die Forscher.

"Der Syntheseweg birgt das Potenzial für einen Entwicklungssprung bei der Ertragsverbesserung durch genetische Veränderung von Kulturpflanzen", schreiben die Forscher Marion Eisenhut und Andreas Weber von der Universität Düsseldorf, die nicht an der Studie beteiligt waren, in einem Kommentar zu der Studie. Derzeit lägen die jährlichen Ertragszuwächse bei Pflanzen bei unter zwei Prozent.

koe/dpa



insgesamt 30 Beiträge
Alle Kommentare öffnen
Seite 1
mitch72 04.01.2019
1. Klingt interesant
Jedoch, solange auf der Erde so viele ethnische Konflikte in Kriege ausarten, bringt es nichts, grossartige Nutzpflanzen zu züchten, wenn Sie nicht ausgesät, gezogen und geerntet werden können. Ich für meinen Teil würde behaupten, über die Hälfte der Hungernden müsste es nicht geben, wenn die Menschen die Zeit und Möglichkeit gehabt hätten, ihre Felder zu bewirtschaften.
dirkwerner 04.01.2019
2. Warum nur Futterpflanzen?
Könnte man stattdessen sich nicht auch auf schnell wachsende Bäume konzentrieren um dem Co2 Problem etwas entgegen zu wirken?
permissiveactionlink 04.01.2019
3. Phytogenetik,
alles andere als hinter dem Mond ! Ich höre jetzt schon die ewigen Gentechnik-Kritiker und Bedenkenträger laut aufschreien. Dabei dürfte es kaum einen Mechanismus in der belebten Natur geben, der verschwenderischer ist als die Photorespiration. Besonders interessant finde ich die Folgen der Zusammenlegung sämtlicher Enzymfunktionen in den Chloroplasten : Auf verschiedenen Wegen wurden dort Fremdgene in die Chloroplasten-DNA (?) eingefügt, deren Genprodukte (Glykolat-Oxidase, Malat-Synthase und Katalase) in C3-Pflanzen normalerweise in anderen Organellen zum Einsatz kommen, nämlich Peroxisomen und Mitochondrien. Offenbar ist der Transport des unerwünschten 2-Phosphoglykolates und seiner Abbauprodukte in diese Organellen und der Rücktransport der Folgeprodukte in die Chloroplasten (der sog. "Glykolatweg") so energieverschwendend, dass es sich lohnt, die Produktion des membranständigen Transportproteins für 2-Phosphoglykolat durch RNA-Interferenz zu hemmen (die Stilllegung des diesbezüglichen Gens mit Crispr-Cas 9 wäre vermutlich eine Alternative dazu), und den kompletten Stoffwechsel des 2-Phosphoglykolates in die Chloroplasten einzusperren. Chapeau ! Allerdings ziehen wir Deutschen es offenbar mal wieder vor, anderen diese unglaublich wichtigen wissenschaftlichen Erfolge zu überlassen. Wir sind nur noch Schlusslicht, trotz extrem fähiger und motivierter Nachwuchswissenschaftler. Und das ist nicht nur in der Genetik so, sondern auch auf anderen, kontroversen Gebieten,wie etwa der Kerntechnik.
kepplerd 04.01.2019
4. nicht die Nahrungsmittelerzeugung
ist das Problem, sondern die Nahrungsmittelverteilung und Verschwendung. Fakt ist, schon mit der heutigen Nahrungsmittelproduktion könnte man theoretisch 12 Milliarden Menschen ernähren. Praktisch schwimmen aber die Erste Welt Länder in Nahrung, was dort zu Fettleibigkeit und Verschwendung führt, während große Teile des Rests der Welt hungern. Bei der Verteilung sollte primär angepackt werden und nicht bei noch effektiverer Produktion, die zwar nicht schlecht ist, aber eben das Grundproblem nicht lösen wird.
Marvel Master 04.01.2019
5.
Hm, ich bin bei solchen "Erfindungen" ja immer skeptisch, ob man damit überhaupt irgendwelche Probleme löst oder diese nur in die Zukunft verlagert. Unser Problem. Die Menschheit wächst und wir brauchen mehr Nahrung. Also erfindet die Menschheit Pflanzen die schneller wachsen. Das reicht jetzt erst einmal für 20 Jahre. Die Menschheit kann weiter wachsen, weil ja jetzt erst einmal wieder genug Nahrung vorhanden ist. Nur um dann 20 Jahre später fest zu stellen, dass es schon wieder nicht reicht. Also muss man noch größere Pflanzen züchten. Im Jahre 2300 haben wir dann 50 Mrd Menschen hier und ein Maiskolben braucht 2 Tage, um auf volle Größe anzuwachsen. Zieht aber auch so viel Energie aus dem Boden, wie er es im Normalzustand in 3 Monaten tun würde. Kein Problem, Wir neben als Menschheit super starken Superdünger von Monsanto der das ermöglicht. Die Erde ist danach zwar durch ein Nebenprodukt extrem belastet, aber der Maiskolben ist nach 2 Tagen fertig und ernährt 50 Mrd Menschen. Hm.... Ich weiß ja nicht ob das der richtige Weg ist. VG
Alle Kommentare öffnen
Seite 1

© SPIEGEL ONLINE 2019
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung


TOP
Die Homepage wurde aktualisiert. Jetzt aufrufen.
Hinweis nicht mehr anzeigen.