Fürsprecher der grünen Gentechnik bedienen sich gerne des Arguments, Genmanipulationen könnten helfen, die wachsende Weltbevölkerung zu ernähren. Es wurden auch schon viele Insekten- oder Herbizid-resistente, transgene Sorten geschaffen. Aber wenn es darum geht, mit Hilfe der Gentechnik direkt das Wachstum und damit den Ertrag von Pflanzen zu steigern, blieben die Ergebnisse bisher weit hinter den Erwartungen zurück. Umso beeindruckender ist das, was US-Forscher jüngst vermeldeten: Sie veränderten ein einzelnes Gen namens zmm28 im Erbgut von Mais. Damit erreichten sie, dass die Pflanzen bis zu zehn Prozent mehr Ertrag liefern.
"Dieses Gen ist etwas Besonderes, weil es ein sogenannter Transkriptionsfaktor ist. Transkriptionsfaktoren sind die Hauptregler für das, was im Genom geschieht. Als Mastergene schalten sie eine Reihe anderer Gene an oder aus und haben so einen großen Einfluss auf das Pflanzenwachstum."
Der Pflanzenphysiologe Jeff Habben ist Projektleiter beim Biotech-Unternehmen Corteva Agriscience. Jahrelang hat er gemeinsam mit Kollegen die Wirkung des Mastergens zmm28 im Mais untersucht – und wie man diese möglicherweise steigern könnte.
Der Transkriptionsfaktor ZMM28 beschleunigt das Pflanzenwachstum
Die Forscher kombinierten das Gen im Labor mit einem neuen Promoter und schleusten es dann zurück ins Maiserbgut. Ein Promoter ist ein DNA-Abschnitt, der darüber bestimmt, wann ein Gen aktiv wird. Der neue Promoter steigert die Aktivität von zmm28, mit sichtbaren Folgen.
"Man sieht, dass die Pflanzen schon früh in ihrer Entwicklung stärker wachsen. Mit diesem aktiveren Gen als Transkriptionsfaktor bekommen sie unter anderem größere Blätter. Damit können sie mehr Sonnenlicht einfangen, mehr Zucker produzieren und so am Ende auch mehr Ertrag liefern."
Drei Jahre lang hat Corteva Agriscience das in Feldstudien getestet. Die Forscher kreuzten ihre aktivere Version des Gens zmm28 in 48 kommerzielle Futtermaissorten ein und bauten diese an unterschiedlichen Standorten in den USA an. Die genveränderten Varianten lieferten durchgängig drei bis fünf Prozent mehr Ertrag im Vergleich zu Kontrollen, wobei manche sogar zehn Prozent mehr ergaben. Und das unter den verschiedensten Umweltbedingungen, egal ob bei Trockenheit oder bei guter Wasserversorgung.
Die Ernteerträge stiegen um drei bis fünf, mitunter sogar um zehn Prozent
"Viele verschiedene Wissenschaftler haben schon mit Transkriptionsfaktoren gearbeitet. Es gibt viele Studien, die zeigen: Wenn man die Aktivität dieser Gene verändert, können Pflanzen besser mit Trockenstress umgehen. Werden sie allerdings gut gewässert, gibt es Ertragsverluste. Wir aber hatten mit zmm28 keine negativen Effekte. Auch bei optimaler Wasserversorgung stiegen die Erträge. Das ist etwas bislang Einzigartiges und hat uns überrascht."
Das Gen zmm28 und der zugehörige Promoter stammen nicht von Bakterien oder anderen fremden Organismen, sondern vom Mais selbst. Die Laborverfahren, die die Forscher bei der Genmanipulation einsetzten, werden in den meisten Ländern aber noch von Gentechnikgesetzen reguliert. Die so gezüchteten Maissorten müssten also als gentechnisch verändert gekennzeichnet werden.
Bis zur Zulassung der neuen Sorten dürften noch Jahre vergehen
Jeff Habben rechnet damit, dass es sechs bis zehn Jahre dauern könnte, um weltweit die nötigen Zulassungen für den Anbau zu erreichen. In den USA laufen bereits entsprechende Anträge. Die Hoffnung der Forscher reicht aber noch weiter. Sie wollen die erfolgreiche Strategie, die Aktivität eines Mastergens wie zmm28 gezielt zu verändern, um dadurch Erträge zu steigern, künftig nicht nur bei Mais einsetzen.
"Wir glauben, dass das funktioniert. Wir wissen, dass solche Transkriptionsfaktoren auch in anderen Getreiden vorkommen. Es könnte sich lohnen, diesen Ansatz auch auf andere Pflanzen zu übertragen."
