Feldversuch mit Petunien: Seltenes Ereignis gesucht

Plastiden sind kleine Einheiten in der Pflanzenzelle, die über eigene DNA verfügen. Die Erbinformation der Plastiden wird nicht über den Pollen weitergegeben und so in der Pflanze biologisch eingeschlossen (biologisches Confinement). Da aus anderen Forschungsarbeiten aber bekannt ist, dass die Ausbreitung der Plastiden-DNA über den Pollen nicht zu hundert Prozent ausgeschlossen werden kann, untersuchen Wissenschaftler der Universität Rostock nun unter Freilandbedingungen, ob und wie häufig Plastidengene über den Pollen weitergegeben werden könnten.

Für die Auskreuzungsversuche wurden im August letzten Jahres etwa 8700 weiß und lila blühende Petunien in langen Reihen nebeneinander ausgepflanzt. „Mitte Oktober drohten dann starke Nachtfröste. Alle Pflanzen mussten sofort ins Gewächshaus. Sonst wäre das noch unreife Saatgut zerstört worden“, erklärt Patricia Horn, Doktorandin an der Universität Rostock. Zwei bis drei mal in der Woche fahren sie und ihre beiden technischen Assistenten zu dem Versuchsfeld, das in diesem Jahr schon Pfingsten angelegt wurde. „Heute haben wir Glück, das für die Nacht angekündigte Unwetter ist ausgeblieben, es stehen noch genügend Blüten für die Bestäubung zur Verfügung.“ freut sich die Doktorandin. „Wir kreuzen die Pflanzen per Hand, so wissen wir genau, wer die Eltern der Nachkommen sind“. Natürlich vermehren sich die Pflanzen auch ohne die Hilfe der Wissenschaft, dabei kommt es aber auch zu Selbstbestäubungen, die hier nicht erwünscht sind.

Die Praxis ist mühsame Handarbeit
Auf dem Feld stehen heute die üblichen Routinearbeiten an: Lilafarbene Blüten, deren Pollen für eine Bestäubung reif genug ist, werden eingesammelt, weiße noch geschlossene Blüten werden „kastriert“ und gezielt mit transgenem Pollen aus den lilafarbenen Blüten bestäubt. „Im letzten Jahr haben wir ungefähr 12.000 Petunien-Blüten per Hand bestäubt, das ging nur mit drei zusätzlichen Hilfskräften. In diesem Versuchsjahr sind es 2500 Blüten. Erst war es zu heiß und es hat sich kein guter Pollen gebildet, nun regnet es häufig.“ Patricia Horn zupft sorgfältig Blüten- und Staubblätter einer weißen Blüte ab und legt den weiblichen Teil, den Stempel, für die Bestäubung frei. Dann wird die Narbe mehrmals mit dem Pollen einer transgenen lila Blüte betupft. Die handbestäubten Pflanzen werden markiert – so erkennt man sie jederzeit. Auf einem Feld etwas weiter entfernt vom Versuchsfeld, stehen Petunien, bei denen beide, Pollenspender und –empfänger, konventioneller Herkunft sind. Auch hier werden zur Kontrolle die Blüten künstlich bestäubt.

Heute werden auf dem Feld auch Samenkapseln geerntet, die sich etwa vier Wochen nach der Bestäubung bilden. Aus den Samen werden im Gewächshaus Keimlinge angezogen und daraufhin untersucht, ob ein Gentransfer von Plastiden-DNA über den Pollen stattgefunden hat. Die gentechnisch veränderten Pollenspender-Pflanzen enthalten im Plastidengenom Markergene. Eines davon ist ein GUS-Reportergen. Damit ist ein einfacher Farb-Test möglich, mit dem ein unerwünschter Transfer von Plastiden-DNA nachgewiesen werden kann.

Mindestens 300.000 Samen sollen insgesamt getestet werden, um ein statistisch genaues Ergebnis zur Eintrittswahrscheinlichkeit eines Pollentransfers von Plastiden-DNA treffen zu können.

Ein Farbtest gibt erste Hinweise auf einen Gentransfer
Nach ihrer Ernte werden die Samenkapseln im Labor erst einmal gesäubert und nach ihrer Größe bewertet. Eine definierte Menge an Samen wird auf einem Nährboden ausgebracht. Zwei Wochen brauchen sie, um im Gewächshaus bei Dunkelheit und einer Temperatur von 18-24 Grad zu Keimlingen heranzuwachsen.

Für den Farbtest werden sie etwa eine Stunde lang unter Vakuum einer speziellen Lösung ausgesetzt. Durch den Unterdruck wird das zugesetzte Substrat in die Pflanzenzellen gezogen. Diejenigen Zellen, die das GUS-Gen enthalten, können dieses Substrat spalten und einen blauen Farbstoff bilden.

Die Keimlinge sind zu diesem Zeitpunkt noch sehr klein und eine mögliche Farbreaktion könnte auch nur in wenigen Zellen stattfinden. Die Mitarbeiter müssen daher sorgfältig mit einer Vergrößerungsbrille nach den winzigen blaugefärbten Stellen suchen.

Sind sie fündig geworden, frieren sie diesen Keimling erst mal in flüssigem Stickstoff ein. Später wird dann mit Hilfe der molekularbiologischen Methode PCR überprüft, ob die Gensequenz des GUS-Gens auch tatsächlich in den Zellen zu finden ist. „Dieser Arbeitsschritt ist unbedingt nötig, denn falsch positive Farbreaktionen treten leider häufig auf“ berichtet Patricia Horn. Die pflanzlichen Zellen enthalten Enzyme, die auch eine Blaufärbung hervorzurufen können.

Im letzten Jahr wurden etwa 35.000 Samen und 7.700 Keimlinge untersucht. Mit dem GUS-Test und der anschließenden molekularbiologischen Untersuchung konnten jedoch nur wenige Keimlinge identifiziert werden, die transgene GUS-Sequenzen enthielten. Ob diese Ergebnisse Bestand haben, müssen die laufenden Versuche zeigen.

Bis alle 300.000 Samen für die weiteren Untersuchungen vorliegen, müssen die Mitarbeiter noch jede Menge „Hand anlegen“.