Für die Landwirtschaft ist es wichtig, dass Nutzpflanzen möglichst ertragreich und robust gegen Krankheiten sind. Die Züchtung zielt darauf ab, nützliche Eigenschaften der Pflanzen weiterzuvererben. Doch bei der Pflanzenzüchtung gehen oftmals diese nützlichen Eigenschaften verloren, wenn die Gene auf den Chromosomen zu weit auseinanderliegen. Mit der molekularen Genschere CRISPR-Cas haben Forschende seit Jahren ein Werkzeug in der Hand, um Gene gezielt zu verändern oder auszuschalten.

Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) haben diese Methode nun genutzt, um Chromosomen so zu verändern, dass der genetische Austausch verhindert wird und somit Gene gemeinsam weitervererbt werden. „Wir legen fast ein komplettes Chromosom still – machen es quasi unsichtbar – und können so alle Eigenschaften, die sich darauf befinden, in einem Paket weitervererben“, erklärt Molekularbiologe Holger Puchta vom Botanischen Institut des KIT. Nur die Enden des Chromosoms, die Telomere, verblieben in der ursprünglichen Orientierung.

Chromosomen unsichtbar gemacht

Bisher mussten Pflanzeneigenschaften, die gemeinsam vererbt werden sollten, auf demselben Chromosom nah beieinander liegen. Wie das Team im Fachjournal Nature Plants berichtet, wurden neun Zehntel eines Chromosoms der Modellpflanze Arabidopsis thaliana mit der molekularen Schere CRISPR/Cas „umgedreht“ und damit genetisch stillgelegt. „Gene sind linear auf Chromosomen angeordnet und wir konnten durch Änderung dieser Abfolge zeigen, wie man gute von schlechten Pflanzeneigenschaften trennen kann“, sagt Puchta.

Pflanzenzucht erleichtern

Bei der effizienten Zucht von Nutzpflanzen komme es aber darauf an, möglichst viele positive Eigenschaften in einer Pflanze zu vereinen. „Die Züchterinnen und Züchter wollen natürlich, dass die Pflanze gut schmeckt, möglichst vitaminreich ist, aber gleichzeitig auch resistent gegenüber Krankheiten. Das können wir mit unserer Methode künftig erleichtern“, sagt Puchta.

Inversion von der Natur abgeschaut

Das genetische „Unsichtbarmachen“ von Chromosomen ist ein natürlicher Prozess. Die Inversion oder Umkehrung kommt immer wieder auch in der Natur bei Wild- und Kulturpflanzen vor. „Wir haben von der Natur gelernt und dieses Wissen über den natürlichen Prozess genutzt und erweitert“, so Puchta.

Ein Team um den Karlsruher Molekularbiologen hatte 2020 erstmals Chromosomenstücke mit der Genschere ausgetauscht und den Einsatz des molekularen Präzisionswerkzeuges auf eine neue Ebene gehoben.

gd/bb