Forschende vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben haben mit der Genschere CRISPR-Cas9 erhebliche Fortschritte in der genetischen Veränderung von Weizen erzielt. Die Wissenschaftler konzentrierten sich darauf, die Chromosomenstruktur der Weizenpflanzen zu modifizieren, indem sie gezielt doppelte Chromosomen zerstörten. Diese Methode eröffnet neue Möglichkeiten für Züchtungsprozesse. Weizen gehört zu den ältesten und bedeutendsten Nutzpflanzen der Menschheit und wird weltweit dort angebaut, wo die klimatischen Bedingungen es zulassen. Die Ernte wird zu Mehl verarbeitet, welches die Grundlage für zahlreiche Lebensmittel wie Brot, Brötchen und Nudeln darstellt.
Die Züchtung von Weizen hat im Laufe der Jahrhunderte das Genom dieser Pflanze erheblich vergrößert und komplexer gemacht. Um die Herausforderungen der modernen Landwirtschaft zu meistern, ist es notwendig, neue Ansätze in der Pflanzenzüchtung zu verfolgen. Die Forscher am IPK haben dies erkannt und nutzen die CRISPR-Cas9-Technologie, um gezielt in der sogenannten Satelliten-DNA einzugreifen. Diese DNA-Abschnitte enthalten vor allem Kopien von Genen, und das gezielte Ausschalten oder Löschen dieser Gene führt nicht zum Absterben der Pflanze.
Das Team unter der Leitung von Jianyong Chen brachte die Genschere mithilfe von Viren in die Zellen des Weizens ein, wodurch zahlreiche genetische Modifikationen gleichzeitig vorgenommen werden konnten. Dies ermöglichte es den Wissenschaftlern, ganze Chromosomen zu beeinflussen und sogar einzelne Chromosomen vollständig zu zerstören. "Unsere Forschung zeigt erstmals, dass Chromosomen durch gezielte Schnitte an Satelliten-DNA effizient verkleinert werden können", erklärt Chen. Dieser Prozess schafft die Grundlage, um Weizen genetisch stärker zu verändern und neue Züchtungsansätze zu verfolgen.
Ein bemerkenswerter Aspekt dieser Forschung ist die Erzeugung von sogenannten Minichromosomen. Diese Minichromosomen dienen als Anknüpfungspunkte, an die Forscher gezielt Gene anheften können, die sie in das Erbgut des Weizens integrieren möchten. Ein konkretes Ziel ist es, Chromosomen von Wildroggen in die Weizenzüchtung einzukreuzen. Dies könnte dazu beitragen, die Widerstandsfähigkeit des Weizens gegen Trockenheit und Krankheiten signifikant zu verbessern. Darüber hinaus könnte diese Technologie die Geschwindigkeit und Effizienz der Pflanzenzüchtung erheblich steigern. Die Entwicklungen am IPK zeigen, wie moderne Technologien genutzt werden können, um die Herausforderungen der Landwirtschaft anzugehen und die Ernährungssicherheit zu fördern.
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