Erklären Sie die beiden wichtigsten gentechnischen Verfahren in der Pflanzennzüchtung

• Verwendet man:
  • Zur Virusfreimachung von wertvollem Zuchtmaterial
  • Zur Vermehrung von genotypisch identischen Pflanzen (Viele Pflanzen werden nicht über Samen, sondern vegetativ vermehrt)
  • In-Vitro Langzeitlagerung von Zuchtmaterial ohne Einfluss der Witterung

• Ab 1978 --> Seit dem unterscheidet man traditionelle Züchtungsmethoden und gentechnische Verfahren
• Einbringung von einem bestimmten Gen aus einem anderen Organismus

• Relativ neue molekularbiologische Methode, bei der DNA zielgerichtet verändert werden kann
• Methode kommt ursprünglich von Bakterien
• In Pflanzen erstmals mit Modellpflanze Tabak verwendet
• Für zielgerichtete Veränderung im Erbgut werden Designer-Endonucleasen eingesetzt --> Schneiden DNA an bestimmter Sequenz --> Doppelstrangbrüche --> repariert durch Reperaturprozesse --> Es können Veränderungen in einzelnen Genen auftreten
  
  

GentechnischeVerfahren und Genome Editing Ab 1960 hat man in Züchtung Zell- und Gewebekulturen genutzt --> Man kann aus Einzelzellen oder Zellverbänden vollständige Pflanzen unter sterilen Bedingungen auf speziellen Nährmedien regenerieren Verwendet man: Zur Virusfreimachung von wertvollem Zuchtmaterial Zur Vermehrung von genotypisch identischen Pflanzen (Viele Pflanzen werden nicht über Samen, sondern vegetativ vermehrt) In-Vitro Langzeitlagerung von Zuchtmaterial ohne Einfluss der Witterung Diese Kenntnisse bilden den Grundstein für gentechnische Verfahren : Ab 1978 --> Seit dem unterscheidet man traditionelle Züchtungsmethoden und gentechnische Verfahren Einbringung von einem bestimmten Gen aus einem anderen Organismus Genome Editing Relativ neue molekularbiologische Methode, bei derDNA zielgerichtet verändert werden kann Methode kommt ursprünglich von Bakterien In Pflanzen erstmals mit Modellpflanze Tabak verwendet Für zielgerichtete Veränderung im Erbgut werden Designer-Endonucleasen eingesetzt --> Schneiden DNA an bestimmter Sequenz --> Doppelstrangbrüche --> repariert durch Reperaturprozesse --> Es können Veränderungen in einzelnen Genen auftreten Genome Editing Verwenden molekularbiologische Methoden: Züchtung wird immer genauer, zielgerichteter und damit effizienter Neue Züchtungstechniken deshalb oft als Präzisionszüchtung bezeichnet Eine Reihe von verschiedenenTechniken, die in den letzten Jahren entwickelt wurden, man hat auch immer versucht sie in der Pflanzenzüchtung einzusetzen Einsatz in Pflanzenzüchtung: Gerade weil Pflanzenzüchtung in klassischen Prozessen sehrviele zeitraubende Abläufe hat und durch die Präzision der neuen Methoden es ermöglicht wird, die Abläufe zu umgehen oder zu beschleunigen Ziel ist es nicht, die klassischen Züchtungsmethoden zu ersetzen, aber es eröffnet größeres Spektrum für Pflanzenzüchter DNA-Insertions-Techniken sind besonders interessant: Im Vergleich zu Mutationszüchtung wesentlich zielgerichteter Verschiedene Systeme Oligonukleotid gerichtete Mutagenese (ODM) Einbringen von Oligonukleotiden bewirken gezielte Mutation; Marktreife Zinkfinger-Nukleasen (ZFN) DNA zielgerichtet geschnitten, Reparaturmechanismen führen zu veränderten Genen; Gene werden eingefügt, entfernt oder ausgeschaltet TALEN ( Transcription activator -like effector nuclease ) künstlich hergestellte Enzyme schneiden DNA zielgerichtet, Gene werden eingefügt, entfernt oder ausgeschaltet CRISPR/ Cas -System nutzt bakterielles Enzymsystem zur Virenabwehr, DNA wird gezielt geschnitten und verändert. Gene werden eingefügt, entfernt oder ausgeschaltet, in Erprobung Clustered regularly interspaced short palindromic repeat CRISPR associated 9 nuclease ODM, ZFN, TALEN: Mit dem Aufkommen von CRISPR/Cas obsolet geworden! CRISPR/Cas viel einfacher in Anwedung Bis zur Marktreife in einer Pflanze hat es allerdings nur ODM geschafft In Mais, Raps, Tabak, Banane Für Herbizidtoleranz, Toleranz gegen Stress etc. Raps mit Herbizidtoleranz: Clear-Field-Raps --> So entstanden und bereits am Markt Rechtlich: Pflanzen, die mittels ODM hergestellt werden gelten rechtlich nicht als GMO! Die Mutationen im Genom können auch auf natürliche Weise oder durch Einwirkung von Mutagenen entstehen. Methoden die Nucleasen nutzen (TFN, TALEN, CRISPR/Cas) gelten schon als GMO! Anmerkung: 2001: GMO Direktive der EU vom Europäische Parlament --> Definiert, welche Züchtungsmethoden nicht unter GMO Methoden fallen Langwierige Kreuzungsverfahren In-vitro Fertilisation Mutagenese Protoplastenfusion (solang sie von sexuell kompatiblen Pflanzen sind) Ergänzung zu Techniken: Techniken Genome Editing Oligonukleotid gerichtete Mutagenese Einbringen von Oligonukleotiden bewirkt gezielte Mutation → Weniger unbeabsichtigte Mutationen im Genom → Einbringen von Herbizidtoleranz, Schädlings- und Krankheitsresistenz, Toleranz ggü. abiotischem Stress, verlängerte Haltbarkeit, veränderte Stärke- und Öl-Zusammensetzung Zinkfinger-Nukleasen Synthetisch hergestellte Restriktionsenzyme → DNA wird zielgerichtet geschnitten Gene werden gezielt ausgeschaltet, entfernt oder neue Gene hinzugefügt Kann so konstruiert werden, dass sie gewünschte DNA-Sequenz gezielt erkennt 3 Varianten in Pflanzenzüchtung: ZFN1, ZFN2, ZFN 3 TALEN = Transcription Activator-like effector nuclease synthetisch hergestellte Restriktionsenzyme → DNA wird zielgerichtet geschnitten Herstellung recht aufwendig, da sie für jede neue DNA-Bindungsstelle extra konstruiert werden müssen CRISPR/Cas-System Präzises Instrument zur punktuellen Veränderung der DNA CRISPR-Abschnitt erkennt mit der darin integrierten Guide-RNA die Ziel-Sequenz Cas9-Protein schneidet DNA Doppelstrang Zelleigenen Reparatursysteme fügen den durchtrennten Strang wieder zusammen Einfacher, schneller, kostengünstiger und präziser als andere Genome-Editing-Verfahren