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Von Rolf A. Zell

Die Strategie war nicht falsch, aber bei Petunien ist sie nicht sinnvoll." Mit einem sprachlichen Salto resümierte Prof. Heinz Saedler vom Kölner Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung das erste in Deutschland genehmigte und nun abgeschlossene Freisetzungsexperiment mit gentechnisch veränderten Organismen. Einfache Balkonpflanzen, nämlich Petunien, sollten den Kölner Pflanzenzüchtern bei der Jagd nach springenden Genen (Transposonen) helfen.

Diese Erbgutabschnitte sind in der Lage, innerhalb der Erbsubstanz DNA hin- und herzuspringen. Hüpfen sie dabei in ein Gen, so setzen sie es so lange außer Gefecht, bis sie wieder anderswo hinspringen. Diesen Umstand wollte man sich in Köln zunutze machen, um die bislang bei Petunien unbekannten Transposonen einzufangen. Eine Farbänderung der Blüten sollte signalisieren, ob die Genfalle zugeschnappt hat.

Die Jagd nach Transposonen ist kein Selbstzweck. Vielmehr stellen diese besonderen genetischen Elemente ein elegantes Werkzeug dar, mit dem die Forscher unbekannte Gene und ihre Funktion ermitteln können. Doch dazu ist es notwendig, die springenden Gene einer Pflanzenart zu isolieren und ihren molekularen Aufbau zu entschlüsseln. Dann lassen sich die Transposonen zum "Fischen" nach neuen, noch unbekannten Pflanzengenen verwenden.

Gleichsam als Leimrute für die springenden Gene erzeugten die Forscher auf gentechnischem Weg zunächst eine lachsrote Farbvariante aus einer sonst weiß blühenden Petunien-Linie. Dazu benutzten sie ein Gen aus Maispflanzen, das in den Petunien die Synthese des lachsroten Pigmentfarbstoffes Pelagonidin ermöglicht. Dieses kurz als A1 bezeichnete Mais-Gen war die eigentliche Falle für die genetischen Springinsfelde: Springt nämlich ein Transposon in das AI-Gen einer Blütenzelle, so legt es dort die Farbstoffproduktion lahm. Da sich diese Zelle genauso wie alle anderen der wachsenden Blüte teilt und vermehrt, entsteht statt einer einheitlich lachsroten Blüte eine mit weißen Streifen oder Flecken.

Soweit die Theorie. Doch die Wechselfälle der Natur haben den Kölner Forschern drastisch klargemacht, daß sie bei ihren Vorstellungen vom Funktionieren der Gene das Zusammenspiel von Erbgut und Umwelt außer acht gelassen hatten. Weil nämlich Transposonen nur äußerst selten in ein bestimmtes Gen hineinspringen, benötigte man rund 30 000 Pflanzen, von denen jede durchschnittlich 30 Blüten bildet, um überhaupt realistische Chancen zu haben, wenigstens eine Handvoll gescheckter Blüten zu Gesicht zu bekommen. Deshalb war ein Freilandversuch notwendig geworden; sonst hätten die Forscher alle ihre Glashäuser mit Petunien bepflanzen müssen.

Begonnen hat der Versuch am 14. Mai dieses Jahres auf einem etwa 5000 Quadratmeter großen Versuchsfeld des Kölner MPI im Stadtteil Vogelsang. 31 000 transgene Petunien mit dem fremden Farbgen wurden dort ausgepflanzt. Sie alle stammten von einer genmanipulierten Ausgangspflanze ab. Mit ihrem identischen Erbgut hätten sie ein völlig einheitliches Bild abgeben müssen. Nur in den seltenen Fällen, in denen ein springendes Gen in das Farbgen hineinhüpft, hätte sich der "Abweichler" durch eine weiß-rot marmorierte Blüte bemerkbar gemacht.

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Im Juli sah es auch so aus, als würde die Rechnung der Forscher aufgehen: Ein fast einheitlich lachsrot blühendes Petunienfeld war damals zu sehen. Lediglich sechs Prozent der Blüten wiesen Farbveränderungen auf, darunter auch solche, wie man sie erwartet hatte. Doch zwischen Ende Juli und Anfang August brach eine Hitzewelle herein. Sie ließ die natürlichen Farbpigmente der Petunienblüten verblassen.

Ende August blühte das ursprünglich lachsrote Feld nahezu weiß. Es schien, als habe die Sonne sämtliche Pläne der Kölner Forscher verbrannt. Doch noch gab man sich nicht geschlagen. Schließlich bilden Petunien den ganzen Sommer über neue Blüten. Doch nach der Hitzewelle zog Farbenvielfalt auf dem Feld ein: Rund sechzig Prozent der dort aufblühenden Petunien wiesen nun Farbanomalien auf, also ein viel höherer Anteil als erwartet. Viele der vor der Hitzeperiode dunkelrot blühenden Petunien entwickelten jetzt nur noch blaßrote Blüten. Dagegen erstrahlten einige der zunächst blaßrot blühenden Pflanzen in kräftigem Ziegelrot: "Es gab Veränderungen in beide Richtungen, doch insgesamt war das Feld Ende August deutlich heller", beschreibt Heinz Saedler die Situation.

Gleich mehrere Ungereimtheiten ergaben sich somit: Die Hitzewelle konnte nur teilweise den "Ausbleicheffekt" erklären. Und der hohe Prozentsatz an Farbanomalien ließ sich mit den springenden Genen nicht in Einklang bringen. Exakt 66 "variegierte Pflanzen", wie Heinz Saedler den rot-weiß marmorierten Typus nennt, sammelte man in Köln bis zum Versuchsende; zehnmal mehr als erwartet. Die Ernüchterung erlebten die Kölner Forscher dann bei der anschließenden Analyse dieser Pflanzen: Bei der molekulargenetischen Untersuchung des AI-Gens von bislang siebzehn Blüten fand sich in keinem Fall ein springendes Gen. Heinz Saedler glaubt auch nicht, daß sein Team bei den restlichen 39 Pflanzen noch auf einen genetischen Springinsfeld stoßen wird. Gemessen am ursprünglichen Versuchszweck, nämlich der Isolation springender Gene, ist das Experiment ein Fehlschlag.

Dennoch bescherte die Analyse den Kölner Forschern einen unerwarteten Fund: Statt auf die erhofften Transposonen stießen sie auf charakteristische chemische Veränderungen an den untersuchten Farbgenen, und zwar klebte an bestimmten Stellen ein einfacher Kohlenwasserstoff-Rest, eine Methylgruppe. Diese Methyl-Anhängsel sorgen dafür, daß das Farbgen nicht mehr abgelesen werden kann. Das Gen wird somit chemisch und nicht, wie erwartet, genetisch durch ein Transposon blockiert. Die Folge ist in beiden Fällen gleich – die betroffenen Blüten zeigen das weiß-lachsrot gescheckte Mosaikbild.

"Neu", so Heinz Saedler, "ist das Phänomen der Methylierung nicht. Beim Erbgut von Tieren ist es gut untersucht. Und auch bei Pflanzen wissen wir, daß Methylierungen vorkommen. Aber überraschend ist der Befund, daß Umwelteinflüsse wie etwa die starke Sonneneinstrahlung diesen Effekt hervorrufen." Deshalb hält Saedler, auch wenn offenbar kein springendes Gen in die Farbfalle der Forscher getappt ist, das Experiment keinesfalls für gescheitert.

Im Gegenteil, nun wollen die Forscher mit einem kombinierten Gewächshaus- und Freilandexperiment im Mai nächsten Jahres herausfinden, welche Faktoren via Methylierung die Gen-Blockade hervorrufen können. Denn was tatsächlich diesen Effekt hervorruft, läßt sich aus dem diesjährigen Experiment nicht eindeutig ablesen. Die Hitze und die massive Sonneneinstrahlung sind lediglich die augenscheinlichsten Faktoren. Eine andere Deutung wäre etwa, daß nicht alle genmanipulierten Pflanzen zur selben Zeit im Labor erzeugt wurden. Die behandelten Samen ruhten also unterschiedlich lange vor dem Auskeimen. Auch könnte, so Peter Meyer, ein Mitarbeiter Saedlers, die Zahl der eingebauten Kopien des AI-Gens und der Ort ihres Einbaus in das Petunien-Erbgut das Auftreten von Methylierungen beeinflussen. Es gibt also einen bunten Strauß von Faktoren, die für die Gen-Blockade verantwortlich sein könnten.

Dieser Vielzahl möglicher Einflüsse will man im nächsten Jahr mit einem komplizierten Versuchsplan auf die Spur kommen. Zwei Gruppen lassen sich dabei unterscheiden. Zum einen die Umweltbedingungen. Ihre Bedeutung soll zunächst summarisch geklärt werden, indem man die Hälfte von insgesamt 20 000 Pflanzen unter freiem Himmel wachsen läßt, die zweite Hälfte bleibt dagegen im Gewächshaus. Den möglichen Einfluß der genetischen Faktoren wollen die Forscher ermitteln, indem sie drei Petunien-Linien verwenden, die zudem noch miteinander gekreuzt werden. Insgesamt ergeben sich 160 verschiedene Kombinationen in diesem Test.

Doch der Versuchsplan ist nicht nur kompliziert. Er ist – zumindest was die Umweltfaktoren-Analyse angeht – auch abhängig vom Wetter. Sollten eine hohe Sonneneinstrahlung oder die Hitze die entscheidenden Faktoren sein, so könnte ein kühler Sommer im nächsten Jahr den Kölner Pflanzenzüchtern erneut die "Ernte verhageln".