In der Pflanzenzüchtung wird die natürliche genetische Vielfalt innerhalb einer Pflanzenart oder in nah verwandten Arten genutzt, um bessere Sorten zu züchten. Das Ziel: neue, nützliche Eigenschaften für Anbau, Verarbeitung und Konsumentinnen und Konsumenten finden. In der klassischen Züchtung wird dafür seit Jahrzehnten die Mutagenese benutzt (Details siehe unten).

Neues Verfahren ist eine Schweizer Innovation

Für dieses Projekt hat Agroscope das neue Mutageneseverfahren «TEgenesis» bei der alten Schweizer Winterweizensorte «Arina» angewendet. Es wurde an der Uni Basel entwickelt, um den natürlichen Anpassungsprozess von Pflanzen zu beschleunigen. Bei TEgenesis wird kein fremdes Erbgut von anderen Organismen eingefügt. Die Pflanzen werden mit zwei Substanzen behandelt und gleichzeitig Stress ausgesetzt. So werden sogenannte Transposons mobil. Das sind Erbgut-Sequenzen, die ihren Standort innerhalb des Genoms wechseln und/oder Kopien von sich darin einfügen. Als Folge davon können neue gewünschte Eigenschaften entstehen oder unerwünschte eliminiert werden.

Gesucht: Natürliche Abwehrmechanismen unter Feldbedingungen

Im TEgenesis-Weizen suchen die Forschenden nach Krankheitsresistenzen, die bisher im Erbgut schlummerten. Speziell im Fokus stehen natürliche Abwehrmechanismen gegen wichtige Pilzkrankheiten wie Septoria, Gelbrost, Braunrost und Mehltau. Im Gewächshaus wurden bereits Pflanzen mit erhöhter Mehltauresistenz gefunden. Da solche Resistenzen allerdings selten auftreten, müssen die Forschenden in Feldversuchen sehr viele Pflanzen möglichst unter natürlichen Bedingungen untersuchen.

Erster Feldversuch bewilligt

Alle Mutationen, die mit TEgenesis verursacht werden, könnten auch in der Natur vorkommen, da sie durch einen pflanzeneigenen Vorgang hervorgerufen werden. Weil die Zuchtmethode allerdings neu ist, hat das Bundesamt für Umwelt (BAFU) Pflanzen, die mit TEgenesis entstanden sind, als gentechnisch veränderte Organismen (GVO) eingestuft. Um dennoch Feldversuche durchführen zu können, reichte Agroscope ein entsprechendes Freisetzungsgesuch beim BAFU ein, das nun bewilligt wurde. Der Winterweizen wird sobald wie möglich auf der Protected Site in Zürich-Reckenholz ausgesät. Der Versuch dauert maximal fünf Jahre.

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Neues Mutageneseverfahren «TEgenesis»

Als Mutagenese bezeichnet man Vorgänge, bei denen das Erbgut einer Pflanze verändert wird ohne zusätzliche Gene einzuführen. Dies geschieht beispielsweise durch intensive UV-Bestrahlung, radioaktive Bestrahlung oder bestimmte chemische Stoffe. In der Natur geschieht Mutagenese durch Stress wie Hitze oder Dürre. Transposons spielen in diesem Prozesse eine zentrale Rolle. Fast alle Lebewesen haben eines oder mehrere Transposons in ihrem Erbgut. Beim Weizen machen sie über 85% des Erbguts aus. Normalerweise sind sie aber nicht sehr aktiv. Durch TEgenesis wird diese Blockade für eine kurze Zeit aufgehoben. Die Transposons werden mobil und helfen der Pflanze, sich an Stress anzupassen. Diese sanfte Art der Mutagenese führt zu geringeren Veränderungen in der DNA als bisherige Mutageneseverfahren, da ein natürlicher Mechanismus in der Pflanze aktiviert wird.

Weizen aus einem EU-Forschungsprojekt

Der für den Feldversuch verwendete Weizen wurde in einem EU-finanzierten Forschungsprojekt bei Agroscope gezüchtet. Der leitende Forscher hat auch die Firma «epibreed» gegründet, welche die exklusiven Patentrechte für TEgenesis hält. Die Firma ist allerdings nicht am Versuch beteiligt und seit Anfang 2021 nicht mehr operativ. Da es sich um ein Forschungsprojekt handelt, ist die Methode für Agroscope frei einsetzbar (Forschungsprivileg).

Weitere, detailliertere Informationen siehe in den Links unten.

Weizen aus neuem Züchtungsverfahren: Agroscope sucht in Feldversuch nach Pilzresistenzen