Chloroplasten sind die „Licht-Kraftwerke“ der Pflanzenzelle und für die Photosynthese verantwortlich. Sie beherbergen zahlreiche Stoffwechselprozesse, die für biotechnologische Innovationen von großem Interesse sind. Der gezielte Einbau von Genen in diese Organellen gilt zwar als besonders sicher und präzise. Bislang fehlt es jedoch an skalierbaren Methoden, um genetische Bausteine effizient zu testen. Forschende des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie und der Philipps-Universität in Marburg haben nun eine Testplattform entwickelt, die es erstmals ermöglicht, pflanzliche Chloroplasten im sogenannten Hochdurchsatz-Verfahren zu erproben.

Mikroalgen-Plattform bringt Genforschung an Chloroplasten voran

Mithilfe der neuen Mikroalgen-Plattform lassen sich genetische Veränderungen in Chloroplasten demnach im Highspeed-Tempo analysieren und testen. Wie das Team in der Fachzeitschrift Nature Plants schreibt, kam hierbei die Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii zum Einsatz. Mehr als 140 genregulatorische DNA-Elemente der Alge konnten der Studie zufolge beschrieben werden. „Mit unserer neuen Methode lassen sich künftig mehrere Gene stabil im Chloroplasten kombinieren und ihre Aktivität vorhersehbar abstimmen. Dies ist ein entscheidender Schritt, um zu erkennen, welche Veränderungen Potenzial haben könnten“, erklärt René Inckemann, der die Arbeit in der Arbeitsgruppe von Tobias Erb durchführte.

Entwicklung klimaresilienter Pflanzen beschleunigt

Den Forschenden zufolge eröffnet die Turbo-Plattform nicht nur neue Möglichkeiten für die synthetische Biologie. Auch die Entwicklung klimaresilienter Pflanzen kann deutlich beschleunigt werden. „Indem nur die erfolgversprechendsten Varianten in komplexere Pflanzenmodelle überführt werden, beschleunigt sich die Entwicklungskette von der Idee bis zum Feldversuch, wodurch auch Ressourcen gespart werden“, so Inckemann.

Den Forschenden zufolge ist das Verfahren mit gängigen biotechnologischen Standards kompatibel. Auch kann die DNA-Bibliothek in anderen Laboren eingesetzt werden kann. Mithilfe der Plattform hat das Marburger Team eine wichtige Grundlage zur Verbesserung der pflanzlichen Resilienz, aber auch zur Herstellung neuer Kohlenstoff-Fixierungswege oder hochwertiger Naturstoffe geschaffen. „Solche Schlüsseltechnologien sind wichtig, um gezielt forschen zu können – in einem Tempo, das der Dringlichkeit der Aufgabe im Angesicht des Klimawandels gerecht wird“, betont Tobias Erb.

bb