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Viel effektivere Photosynthese "Wir könnten Millionen Menschen mehr ernähren"

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Biotechnologen testeten veränderte Tabakpflanzen in Gewächshäusern und auf Feldern.

Brian Stauffer/University of Illinois/dpa

Begeisterte Kommentare sprechen von einem Sprung bei der Ertragsverbesserung: Forscher haben den Stoffwechsel einer Nutzpflanze genetisch so verändert, dass sie wesentlich schneller wächst. Sie bringt so 40 Prozent mehr Biomasse hervor.

Wissenschaftler haben den Stoffwechsel einer Nutzpflanze so verändert, dass sie über 40 Prozent mehr Biomasse hervorbringt. Der verbesserte Prozess, der mit der Photosynthese verbunden ist, soll auch bei anderen Feldfrüchten die Erträge deutlich steigern. Dafür veränderten die Forscher um Donald Ort von der University of Illinois in Urbana in Tabak genetisch einen mit der Photosynthese verbundenen Prozess, wie sie in der Fachzeitschrift "Science" berichten.

Nachdem der Einsatz von Dünger, Pflanzenschutzmitteln und Bewässerung weitgehend ausgereizt ist, setzen Agrarwissenschaftler auf eine effektivere Photosynthese. Denn viele Nutzpflanzen wie Weizen, Reis oder Sojabohnen haben einen energieraubenden Stoffwechselprozess: die sogenannte Photorespiration oder Lichtatmung. Grund dafür ist, dass bei ihnen das Photosynthese-Enzym RuBisCO neben Kohlendioxid (CO2) auch Sauerstoff verstoffwechselt.

Dabei entsteht ein für die Pflanze giftiges Nebenprodukt, das aufwendig durch Lichtatmung abgebaut werden muss. "Wir könnten bis zu 200 Millionen mehr Menschen ernähren mit den Kalorien, die im Mittleren Westen der USA durch Photorespiration verloren gehen", wird Ort in einer Mitteilung seiner Universität zitiert.

Lichtatmung viel kürzer und weniger aufwendig

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Der Wissenschaftler Paul South pflanzt Tabaksetzlinge in einem Feld ein - Tabak ist eine beliebte Modellpflanze.

(Foto: Brian Stauffer/University of Illinois)

Ort und Kollegen veränderten nun in Tabakpflanzen die Gene derart, dass die Lichtatmung viel kürzer und weniger aufwendig verlief. Dafür nutzten die Wissenschaftler Gene des Riesenkürbis (Cucurbita maxima) und von einer Grünalgen-Art (Chlamydomonas reinhardtii). Tabak ist eine bei Biotechnologen beliebte Modellpflanze, unter anderem, weil sie schnell wächst und viele Samen produziert.

In der Natur läuft die Lichtatmung in verschiedenen Organellen der Pflanzenzellen ab, unter anderem in den photoaktiven Chloroplasten. Die Forscher blockierten nun ein Transporterprotein, so dass der Stoffwechsel in den Chloroplasten verbleibt. Dabei wird CO2 verstärkt vom Enzym RuBisCO verstoffwechselt und es entsteht eine geringere Menge giftiger Nebenprodukte. Im Ergebnis muss die Pflanze weniger Energie für die Lichtatmung aufbringen und kann schneller wachsen.

Kostenfrei für Kleinbauern

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Hier wird gemessen, wie weit eine Tabakpflanze modifiziert wurde, um eine verkürzte Lichtatmung (Photorespiration) zu erreichen.

(Foto: Haley Ahlers/RIPE Project/dpa)

Die Biotechnologen testeten ihr Verfahren, indem sie die veränderten Tabakpflanzen nicht nur in Gewächshäusern, sondern auch auf Feldern anpflanzten. Im Vergleich zu naturbelassenem Tabak erzeugten die manipulierten Pflanzen durchschnittlich 41 Prozent mehr Biomasse im Trockenzustand. Die Forscher haben nun damit begonnen, mit Hilfe ihrer Erkenntnisse auch den Ertrag von Sojabohnen, Augenbohnen, Reis, Kartoffeln, Tomaten und Auberginen zu steigern. Die gentechnisch veränderten Pflanzen sollten später einmal Kleinbauern in vielen Regionen der Welt kostenfrei zur Verfügung gestellt werden, betonen sie.

In einem "Science"-Kommentar schreiben Marion Eisenhut und Andreas Weber von der Universität Düsseldorf, typische jährliche Ertragszuwächse in der Pflanzenzüchtung lägen bei unter zwei Prozent. "Der Syntheseweg birgt daher das Potenzial für einen Entwicklungssprung bei der Ertragsverbesserung durch genetische Veränderung von Kulturpflanzen."

Quelle: n-tv.de, Stefan Parsch, dpa

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