Äpfel mit rotem Fruchtfleisch und andere neuartige Obstsorten könnten schon bald in einem Supermarkt in Ihrer Nähe zu finden sein, dank neuer planetarischer Züchtungstechniken, die DNA-Mutationen imitieren, die in der Natur vorkommen, so Wissenschaftler von Plant & Food Research (PFR) in Neuseeland.
Die Techniken ermöglichen es, Aussehen, Geschmack und Nährstoffgehalt von Obst und Gemüse auf einfache Weise zu manipulieren, um schnell qualitativ hochwertigere Produkte zu erzeugen.
Die meisten Nährstoffe und Vitamine in Produkten wie Äpfeln und Kartoffeln sind in Farbverbindungen oder Pigmenten enthalten, die in der Schale konzentriert sind. Durch die Manipulation einer Familie von Proteinen, den so genannten „MYB-Transkriptionsfaktoren“, die andere Gene ein- oder ausschalten, können Wissenschaftler diese gesunden Verbindungen in der gesamten Frucht, einschließlich des Fruchtfleisches, erzeugen.
Dies könnte mit Hilfe von Gen-Editing-Techniken wie CRISPR/Cas9 geschehen, die es Wissenschaftlern im Wesentlichen ermöglichen, DNA-Code zu „kopieren und einzufügen“.
In einem Artikel, der in der Zeitschrift Trends in Plant Science veröffentlicht wurde, untersuchten die Forscher Andrew Allan und Richard Espley von der PFR die Forschung zu MYBs, die mit der Entwicklung von biologischen Signalen und der Pigmentierung in Pflanzen in Verbindung gebracht werden.
„Studien haben gezeigt, dass Pigmente wie Anthocyane und Carotinoide Vorteile für die Gesundheit und die Ernährung bieten“, so Allan in einer Erklärung. „Veränderungen in wichtigen MYB-Transkriptionsfaktoren könnten das farblose Fruchtfleisch bestimmter Früchte in ein farbiges verwandeln. „
Abgesehen von der Beeinflussung der Farbe sind MYBs auch an Geschmack, Aroma und Geruch sowie an der Textur des Fruchtfleisches und der Bildung von Haaren auf der Haut beteiligt.
Die Züchtung neuer Obst- und Gemüsekategorien mit verbessertem Aussehen, Geschmack, Textur und Lagerfähigkeit sowie anderen wünschenswerten Merkmalen könnte den Verzehr von mehr pflanzlichen Produkten fördern und damit der öffentlichen Gesundheit zugute kommen, so die Forscher.
Während die Züchtung auf der Grundlage von Farbe und Geschmack eine sehr alte Technik ist, begann die Züchtung mit auf MYBs ausgerichteten Markern erst vor etwa zehn Jahren. Außerdem werden MYBs erst seit weniger als fünf Jahren mit Hilfe von Gene Editing manipuliert, so Allan gegenüber Newseek.
Nahrungsmittel wie rote und weiße Trauben, Blutorangen und violetter Reis verdanken alle ihre einzigartigen Unterscheidungsmerkmale natürlichen Variationen von MYBs. Doch die neuen Techniken beschleunigen diesen natürlichen Prozess erheblich.
„Es dauert viele Jahre, bis eine natürliche Variante in einem MYB entsteht – aufgrund von Sonnenlicht oder Veränderungen bei der Kreuzung einer Pflanze mit einer anderen“, so Allan. „Das passiert – die DNA verändert sich natürlich mit der Zeit. Aber durch Gen-Editing kann eine Veränderung direkt neben einem MYB (neben seiner DNA-Sequenz) herbeigeführt werden, um seine Aktivität zu verstärken, oder direkt in der MYB-Sequenz (um seine Aktivität zu verringern).“
„Diese neuen Züchtungstechniken ermöglichen die Herstellung neuer Pflanzensorten, die den Verbrauchern eine größere Auswahl bieten werden“, so Allan. „Viele dieser Sorten werden einen messbar höheren Nährstoffgehalt aufweisen. Ertragssteigerungen sind möglich und helfen in Gebieten, in denen Nahrungsmittel knapp sind. Mit neuen Züchtungsmethoden können Pflanzen schneller an das sich ändernde Klima angepasst werden.“
Andere neue Methoden der Pflanzenzüchtung könnten aus unterschiedlichen Gründen von Vorteil sein. Eine Methode, die als „Speed Breeding“ bezeichnet wird, kann beispielsweise Pflanzen um ein Vielfaches schneller wachsen lassen als herkömmliche Methoden, was dazu beitragen könnte, die schnell wachsende Weltbevölkerung zu ernähren.
Das in der Zeitschrift Nature Plants beschriebene Verfahren hilft Pflanzen, schneller zu wachsen, indem es sie unter ein spezielles, für die Photosynthese optimiertes Beleuchtungssystem setzt.