Im Obst- und Weinanbau werden Pflanzen gepfropft, um einen verbesserten Ertrag, eine effektivere Schädlingsresistenz oder eine stabilere Wuchsform zu erreichen. In „Science“ haben Forscher jetzt erstmals nachgewiesen, dass bei dieser traditionellen Züchtungsmethode funktionsfähige Gene zwischen den Zellen der beiden beteiligten Pflanzen ausgetauscht werden können und damit mehr Austausch stattfindet als bisher angenommen.
{1l}
Bei dem Verfahren der Pfropfung wird eine Pflanze, die so genannte Unterlage, angeschnitten und ein Aststück einer anderen Pflanze an dem Schnitt befestigt. Dieser wächst mit der Zeit fest und wird von der Unterlage mit ernährt. Bisher ging man davon aus, dass bei einer Pfropfung zwar die Pflanzen verwachsen, ihr Genbestand aber separat bleibt. Ein horizontaler Gentransfer zwischen beiden Pflanzenteilen galt als eher unwahrscheinlich.
Mischung an der Pfropfungsstelle
Doch genau solche Übertragungen von Genmaterial haben die Wissenschaftler Sandra Stegemann und Ralph Bock am Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam nun erstmals bei höheren Pflanzen direkt nachgewiesen. In den Versuchen mit genetisch markierten Tabakpflanzen vermischte sich in den Zellen um die Pfropfungsstelle die genetische Information der Pfropfungspartner. Zumindest Teile der Erbinformation in den Chloroplasten, den Bestandteilen der Pflanzenzelle, die unter anderem für die Photosynthese zuständig sind, wurden zwischen den Zellen an der Pfropfungsstelle ausgetauscht.
Für den Versuch markierten die Wissenschaftler Tabakpflanzen entweder in ihrem Kern mit einem zusätzlichen Gen für die Widerstandsfähigkeit gegen ein Antibiotikum oder bauten ein Widerstandsfähigkeits-Gen gegen ein anderes Antibiotikum in die Chloroplasten ein. Beide Pflanzen wurden anschließend aufeinander gepfropft, wobei einmal die kernmarkierte und ein anderes Mal die chloroplastidär markierte Pflanze die Unterlage bildete. Die jeweils andere Pflanze diente als Pfropfreis, wurde also nach dem Entfernen des Sprossoberteils als neuer Spross aufgesetzt.
Antibiotikaversuch enthüllt Genaustausch
Nachdem die beiden Pflanzen zusammen gewachsen waren, wurden aus der Pfropfungszone Querschnitte angefertigt, die auf Wachstumsmedium mit beiden Antibiotika gelegt wurden. Das Wachstumsmedium ist in der Lage, pflanzliche Zellen wieder zu neuen Pflanzen aufwachsen zu lassen. Die Antibiotika verhindern dies, da sie die pflanzlichen Zellen normalerweise abtöten.
Da im Pfropfversuch die Resistenzen in zwei getrennten Zellen vorliegen, war zu erwarten, dass immer ein Antibiotikum wirkt und daher alle Pflanzenzellen abgetötet werden. Doch überraschenderweise starben nicht alle Zellen ab. Aus 94 Zellen bei 74 getesteten Pfropfungen entwickelten sich neue Pflanzen, deren Zellen gegen beide Antibiotika resistent waren.
Gentransfer als regelmäßiger Bestandteil
Diese erstaunlich hohe Frequenz – mit mehr als einem Übertragungsvorgang pro Pfropfung – legt nahe, dass diese horizontale Genübertragung relativ regelmäßig stattfindet. Molekulare Analysen bestätigten darüber hinaus, dass sich die Gene für die neuen Eigenschaften tatsächlich in neuer Kombination in den Zellen befanden und nicht etwa nur ein resistenzvermittelnder Stoff übertragen wurde.
„Diese Ergebnisse zeigen, dass wir unser Verständnis der klassischen Züchtungsmethoden immer wieder überdenken müssen, und sind erneut ein Hinweis für die Dynamik der genetischen Information und ihrer Evolutionsmechanismen. Die nächsten Schritte werden der Aufklärung der Übertragungsmechanismen der Gene sowie der Untersuchung des horizontalen Gentransfers zwischen unterschiedlichen Pflanzenarten dienen“, sagt Ralph Bock.
(MPG, 04.05.2009 – NPO)
