siologie als neuen Ansatz zur Lösung klassi­scher pflan-zenphysiologischer Probleme einzuführen.

Gezieltes Ausschalten einzelner Mechanismen in Pflanzen

Was damit gemeint ist, erläutert Prof. Dr. Lo­thar Willmitzer, Gründungsdirektor des Max- Planck-Instituts und Lehrbeauftragter am Institut für Biochemie und molekulare Phy­siologie der Universität Potsdam, am Bei­spiel der Schließzellen in Pflanzenblättern. Sie stellen den Kontakt zwischen Pflanze und Luft her. Über Ionenkanäle in den Zell­wänden der Schließzellen gibt die Pflanze Wasser ab und nimmt Kohlendioxid auf. Es wird angenommen, daß diese Ionenkanäle bestimmte, in die Zellwand eingebaute Pro­teine sind. Bei der Anlagerung von Calium- ionen „öffnet“ sich das Protein und der Gas­austausch kann stattfinden. Die tatsächliche Bedeutung dieses Proteins ist aber noch nicht geklärt. Um sie herauszufinden, stellen Wissenschaftler des MPI Pflanzen her, die keine derartigen Proteine besitzen. Durch Untersuchungen dieser Pflanzen und Ver­gleich mit dem „vollständigen Orginal“ kön­nen sie dann beispielsweise herausfinden, ob es noch andere Möglichkeiten für den Gasaustausch gibt.

Natürlich läßt sich das Protein nicht einfach aus den Zellwänden sämtlicher Schließ - zellen herausschneiden. Vielmehr werden Pflanzen designed, die dieses spezielle Protein gar nicht mehr hersteilen können. Die Anleitung, nach der ein „Ionenkanal- Protein” in der Pflanze gebaut wird, ist sein Gen. Es liegt zusammen mit den Genen der anderen Proteine auf der DNA in jedem Zell­kern vor. Dem codierenden “feil des Gens ist ein Genabschnitt (Promotor) vorgeschaltet, der dafür sorgt, daß das Gen spezifisch nur in den Schließzellen abgelesen wird. Es gilt also zu verhindern, daß das fragliche Gen in den Schließzellen wirksam wird. Dafür gibt es verschiedene Ansätze. „Hier verwenden wir dazu die Antisense-Methode“, erklärt Dr. Rainer Höfgen, Forschungskoordinator des

MPI für Pflanzenphysiologie. In diesem Ver­fahren schleust man eine DNA ein, die be­züglich des Promotors die umgekehrte Rei­henfolge wie die Zielstrich-DNA besitzt. Das Ablesen des Codes dieser „Antisense-DNÄ 1 führt im Idealfall dazu, daß das „Ionenkanal- Protein“ überhaupt nicht produziert wird.

Agrobakterien manipulieren die Pflanzen-DNA

Das Einbnngen der Antisense-Gene (oder anderer Gene, die die Pflanze modifizieren) in die DNA erfolgt mithilfe von Agrobak­terien. Wird eine Pflanze verletzt, so scheidet sie Stoffe aus, durch die diese im Boden le­benden Bakterien angelockt werden. Sie dringen in die Pflanze ein und schleusen ihre T-DNA, ein bestimmtes Stück ihrer eigenen DNA, m den Zellkern einiger Pflanzenzellen. Dort wird es in die Pflanzen-DNA eingebaut. Die auf der T-DNA liegenden Gene bringen die Zelle zum einen zum wuchern, so daß immer mehr Zellen mit modifizierter DNA entstehen. Zum anderen veranlassen sie die Zelle dazu, Opine zu produzieren, von denen die Agrobakterien sich in der Folge ernäh­ren. Da lediglich Agrobakterien diese Opine verdauen können, schaffen sie sich dadurch eine Nische, in der sie sich hervorragend vermehren können.

Für Wissenschaftler, die sich mit Gentechnik an Pflanzen befassen, schaffen sie darüber

hinaus ein praktisches Transfermittel für Gene in eine Pflanzen-DNA: Zunächst modi­fizieren sie die T-DNA derart, daß sie nur zwei Gene enthält: Das eine Gen produziert ein Enzym, das die Zelle gegen ein bestimm­tes Antibiotika resistent macht, das andere Gen ist dasjenige, welches man zusätzlich in die Pflanze einschleusen will. Anschließend infiziert man ein Blattstück der Pflanze, die modifiziert werden soll, mit den Agrobakte­rien, die diese modifizierte T-DNA tragen. Dieses Blattstück wird auf einen Nährboden gelegt, der die Zellwucherung fördert, und außerdem mit zwei Antibiotika behandelt. Das eine tötet alle vorhandenen Agrobakte- nen ab, das andere verschont lediglich die Pflanzenzellen, die von den Bakterien infi­ziert wurden, die also die T-DNA eingebaut haben und dadurch das resistent machende Enzym produzieren.

Als Folge davon enthält die verbleibende Zellkultur nur noch Zellen mit modifizierter DNA. Auf dem Nährboden bilden sich Kal­lusse - Zellwucherungen -, die abgeschmt- ten und auf einem anderen Nährboden zur Sprossbildung gebracht werden. Bei Täbak- pflanzen dauert es von dieser Sprossbildung bis zur Blüte etwa drei Monate. Sowohl die gesamte Pflanze als auch deren Samenzel­len besitzen die „neue" DNA. Die dadurch modifizierten Eigenschaften können somit an der lebenden Pflanze in allen Entwick­lungsstadien beobachtet und mit biochemischen und pflanzenphysio­logischen Methoden untersucht wer­den.

Die Untersuchung der Mechanis­men, die beim Gasaustausch in den Schließzellen eine Rolle spielen, ist nur eins von vielen Projekten am MPI für Pflanzenphysiologie. Gene­rell sollen Synthese, Transport, Ver­teilung und Speicherung von Stoffwechselprodukten, die Bioche­mie der anorganischen Pflanzen­ernährung, der Wassertransport, die Metabolisierung und die Verteilung von Bodeninhaltsstoffen und Minera-

Pflanzen in beliebigen Lebensstadien m den Gewächs­häusern und -kammern am Max-Planck-Institut für mole­kulare Pflanzenphysiologie. Foto: ade

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