Pr Ch Zü

(1)

F

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Mo

Fri

Pr Ch Zü

un

Forschungsin

ossie eurte en ök

onika Me

ck, den 2

ojekt:

hancen üchtung

terstützt

nstitut für bio

er zur ilung kologi

essmer

28.09.20 n und Po gsmeth

t und gef

ologischen La

Besc von Z schen

11 otenzia hoden f

fördert vo

andbau (FiBL

chreib Zücht n Lan

ale vers für den

on der St

L), Ackerstra

bung u tungs

dbau

schiede n Ökola

tiftung M

asse, CH-507

und meth

ener andbau

Mercator

70 Frick, Sch

oden

u

Schweiz

hweiz,

für

(2)

Inhaltsverzeichnis

^Seite

1. Erzeugung von genetischer Variation

1.1 Änderung der Geninformation via Mutation

 Spontane Mutationen 1

 Induzierte Mutationen 2

 Biologische Mutationsauslösung: Transposons 3

 Physikalische Mutationsauslösung 4

 Chemische Mutationsauslösung 6

 Tilling 7

 Gezielte Mutationsauslösung mittels Meganukleasen 9

 gezielte Mutation mittels Zinkfinger‐Nukleasen (ZNF) 10

 gezielte Mutationsauslösung mittels Oligonukleotiden 12

1.2 Neukombination der Gene via Gentransfer

 Gentransfer mit zufälliger Integration ins Genom mit Beispielen

13

 Gentransfer mit zielgenauer Integration ins Genom

17

 Cisgenetik

18

 Indirekter Gentransfer via Agrobakterium

20

 Direkter Gentransfer via Partikelbeschuss

21

 Direkter Gentransfer via Endocytose

22

 Direkter Gentransfer via Mikroinjektion

23

 Plastidentransformation

24

 Transformation via Minichromosomen

25

 Synthetische Biologie

27 1.3 Änderung der Genexpression via epigenetischer Effekte

 Gene Silencing (RNA Interferenz (RNAi))

28 1.4 Neukombination von Kern und Cytoplasmagene via Zellfusion

 Protoplastenfusion

30

 Cytoplastenfusion

32 1.5 Neukombination der Gene via Genommutation

 Polyploidisierung

34

 Erzeugung von Doppelthaploiden (DH‐Linien)

35

 Reverse Breeding (Umkehrzüchtung)

38 1.6 Neukombination der Gene via Bestäubungslenkung

 Isolierung der Blüten

40

 Physische Kastration

41

 Chemische Kastration

42

 Selbstinkompatibilität

43

 Kerngenetische Sterilität

44

 Cytoplasmatisch männliche Sterilität (CMS)

45

 Gezielte Kreuzungen innerhalb einer Art

47

 Interspezifische Kreuzungen

49

 Pfropfen

51

(3)

2. Se



 A



 O



3. Ve

 G

 S

 V

 T



 A

4. So



Glossar

Das Pro 2009-0 Die Stiftu mit ihnen diesen Zi Damit de Nahrungs Einbezug erfolgen.

werden, a akzeptier von gross Die Stiftu für den Ö moderner deren Eig Entscheid

elektion

Phänotypisc Phänotypisc in vitro Selek Analytische/

Bildschaffen Organoleptis Marker‐gest Proteomics/

ermehrun

Generative V Stratifikation Vernalisation Vegetative V Thermobeha in vitro Verm Apomixis

ortentyp

Klonsorten Liniensorten Evolutionsra Popuationss Polycross‐So Hybriden Plus‐Hybride

ojekt wurde 286: Moder ung Mercator S n bewusster u

elen.

r Ökolandbau smittelprodukt

moderner Zü Moderne Züc als ihre Eignu rt wird. Desha ser Bedeutung ung Mercator S Ökolandbau“ d

r Züchtungste gnung für den dungsfindung

he Selektion he Selektion ktion /technologisc

de Methode sche Selektio tützte Selekt /Metabolomi

ng

Vermehrung n

n

Vermehrung andlung mehrung (veg

n (Inzuchtlinie amsche (com

orten orten (Mehrk

en mit Xenie

e unterstüt rne Züchtu Schweiz setzt

nd schonende

langfristig ein tion ist, muss üchtungsmeth chtungsmetho ng dafür sorg lb ist eine um g.

Schweiz förde es Forschung echniken wie b

ökologischen für den Ökola

n im Feld n unter kontr

che Selektion en zur Selekt on

ion (MAS) ics

getative Verm

en)

mposite cross komponente

neffekt

zt und gefö ngsmethod sich für den S er umgegange

ne wirkungsvo die Verfügba oden könnte d den können a fältig geprüft mfassende Bew

ert die Studie „ sinstituts für bspw. in vitro

Landbau ein.

andbau zu sch

rollierten Bed n

ion

mehrung)

s populations en‐Sorten)

ördert von den: Eine C Schutz der na en wird. Die M

olle Alternativ rkeit von Öko die Entwicklun aber nur insow und von den wertung von n

„Chancen und biologischen L Vermehrung . Ziel ist es, G haffen.

dingungen

s)

der Stiftun hance für d

türlichen Lebe Methoden und

ve für die bode o-Saatgut verg ng von Öko-S weit für den ök

Landwirten w neuen Züchtun

d Potenziale ve Landbau (FiBL oder Markerte Grundlagen für

g Mercator den ökologi ensgrundlagen

Produkte des

en- und resso grössert werde

aatgut schnel kologischen La

ie auch von d ngsmethoden

erschiedener L). Das Projek echnologie zu r eine sachlich

r Schweiz:

ischen Land n ein und dafü Ökolandbaus

urcenschonen en. Durch den ler und wirksa andbau genut den Konsumen

für den Ökola

Züchtungsme kt hat die Bew m Ziel und sc he Diskussion

52

54 55 56 57 58 59 61 63

65 66 67 68 69 71 72

73 74 75 76 77 79 80

dbau?

ür, dass dienen

nde n amer tzt nten andbau

ethoden ertung chätzt

und

(4)

Ziel:

Züchtun technik:

Prinzip:

Beschreib

Modifika Homolog natürlich Phänome Haupt‐

anwendu

Beispiele Chancen:

Nachteile

Risiken fü Umwelt + Gesundhe Kritische aus Sicht Biolandb Bemerku Verletzun Verletzun Einschrän Fortpflan Einschrän Weiteren Überschr Kreuzung Einschrän

Dos

Erze

gs‐

Spo

Änd

bung: Na W Ab M Ba Ge au fü Zi au be ationen: U gie zu hen

enen:

Di Fo

ungen:

Na Ja Be ei fü Er

e: Sü

: Sp

An ge

e: Di

gu gl ür

+ eit:

Punkte t des baus:

ungen:

ng der Integri ng der Integri nkung der nzungsfähigke

nkung der züc ntwicklung:

reitung von gsbarrieren:

nkung der Na

ssier zur Beurt

eugung von ontane M derung der

atürlich auftre Weiterentwickl

blesen bei der Meistens hande asenpaare in d enregion, die uftreten. Stati ür die Pflanze, elvorgaben de uch komplett estimmte Inha

nter Stressbed ie Evolution d ortpflanzungra

atürlich auftre ahrtausenden

eispielsweise ne Mutante g ür den mensch rucasäure pro üsslupine; 00‐

pontan auftre nzahl von Zuc ewünschten M

ie Mutationsr ute Sorte durc eichzeitig sich

ität des Genom ität der Zelle:

eit:

chterischen

achbaufähigke

teilung von Zü

n genetische utationen Geninform

etende Mutat lung von Pflan r Verdopplung elt es sich dab der DNA Sequ für die Merkm istisch betrach

könnnen abe es Menschen verloren gehe altsstoffe nich dingungen ka

er Arten beru ate (Selektion etende Mutat zunutze gema wurde die Ent gefunden wur hlichen Verzeh

duziert.

Raps tende Mutati htmaterial, al Merkmale hin raten sind seh ch spontante h in anderen M

ms: Nein Nein Nein Nein Nein eit: Nein

üchtungstech

er Variation n

mation; Mut

tionen sind di nzenarten. Sie

g der DNA bzw bei um sogena uenz wurden e malsausprägu htet, haben d er unter bestim

von Vorteil se en, wodurch z ht mehr gebild nn sich die M uht auf sponta n) der am best tionen haben acht, um die h twicklung der rde, die keine hr ungeeignet

onen macht s lten Landsorte

untersucht u r niedrig und Mutationen in Merkmalen zu

Einfü Zellk Wes Ände auftr

Eben

niken für den

n

tationen; Zu

e Grundvorau e entstehen du

w. durch Ausb annte Punktm ersetzt. Gesch ung wichtig ist

ie meisten Mu mmten Umwe ein. Durch die z.B. einzelne S det werden.

utationsrate e anen Mutation ten angepasst

sich Landwirt heutigen Kultu r Süsslupine a

Bitterstoffe p t, bis eine Mu

sich der Zücht en und Genba nd diese dann daher ist es s n dem gewüsc u verschlechte

ügen isolierter kern:

sentliche gen erung der DN retene Repro

ne des Eingri

ökologischen

ufällig im Ge

ussetzung für d urch Fehlpaar bleiben der Re mutationen, d.

hehen diese M , können neue utationen neg eltbedingunge e Mutation ka Stoffwechsela

erhöhen.

nen und der e ten Pflanzen ( te und Züchte urpflanzen zu ls Futterpflanz roduziert. Rap tante entdeck

er zunutze, in ankakzessione n in sein Zucht ehr unwahrsc chten Zielmer en.

r DNA/RNA in netische Verä NA Sequenz d oduktionsfeh

iffs: kein Ein

n Landbau

enom

die Evolution rungen oder f eparaturfunkt .h. einzelne Mutationen in

e Merkmalsva gative Auswirk en oder für be ann die Genfu

bläufe gestör

erhöhten Evolutionsthe r schon seit entwicklen.

ze erst möglic psöl war ursp kt wurde, die

ndem er eine g en ganz geziel

tmaterial eink cheinlich, dass rkmal verbess

n Nein änderung:

durch natürl hler

ngriff

‐ 1 ‐ und alsches ion.

n einer arianten kungen estimmte

nktion t und

eorie).

ch, als rünglich keine

grosse t auf die kreuzt.

s sich eine ert, ohne

lich

(5)

Prinzip:

Beschreib

anwendu Beispiele Chancen:

Nachteile

Risiken fü Umwelt + Gesundhe Kritische aus Sicht Biolandb

Bemerku

Verletzun Verletzun Einschrän Fortpflan Einschrän Weiteren Überschr Kreuzung Einschrän

gs‐

Ind

Änd

bung: In w W M Pf so Em M de ne au rü un un ationen:

gie zu hen

enen:

St

ungen:

Er vo

e: Si

: Du

w

e: Di

w w je ür

+ eit:

Io im Po w sin ungen: M

Ke Zu ng der Integri ng der Integri nkung der nzungsfähigke

nkung der Na

duzierte M derung der

nduzierte Mut erden Samen Wärmeschocks Mutation zu er flanzenteile be ogenannten C

mbryo) auf, da Mutationen mü er Mutanten i egative Auswi ufweisen. Die ückgekreuzt w nterscheidet z nten).

teigerung der

rzeugung neue orkommen.

ehe unter bio urch die erhö ertvoller Eige ie Chancen, d erden, sind g erden. Die op des Gewebe e

onisierende St m Biolandbau ollen oder Em erden, die an nd.

Mutationszüch ennzeichnung ulassungsverfa ität des Genom ität der Zelle:

eit:

chterischen

achbaufähigke

Mutatione Geninform

ationen erhöh oder Vegetat s oder anderen

zielen. Wenn etroffen, die s himärenbildu ann wird sie a üssen die Nac st erfolgsvers rkungen habe so mutierten werden, um die

zwischen chem

natürlichen M

er Eigenschaft ologischer, phy hte Mutation nschaften ver ass bei unger gering, daher m ptimale Metho

ermittelt werd

rahlung und d nicht zugelass bryo) angewe alog zur Betri tung unterlieg gspflicht. In Ka

ahren durchla ms: Nein

Nein Nein Nein Nein eit: Nein

en

mation; Mut

hen die natür tionspunkte R n Mutagenzie die Mutation sich aus diese ung. Tritt die M

an die Nachko hkommensch sprechend für en und nur ga Pflanzen müs e neue, positi mischer Muta

Mutationsrate

ften, die im vo ysikalischer u srate wird die rbessert und d ichteten Muta muss eine seh ode für die M

den, damit nic

die meist synt sen und sollte endet werden ebsmittelliste gt in Europa k anada müssen aufen.

Einfü Zellk Wes Erhö

Eben Pflan

tationen; Zu

liche Mutatio Röntgen‐ oder en ausgesetzt, in somatische em Gewebe en Mutation in de ommen vererb haften geprüft die Weiterzu nz wenige Mu ssen mit leistu ve Eigenschaf agenese und p

e.

orhandenen G nd chemische e Wahrscheinl dadurch der Z ationen neue hr grosse Anza

utationsauslö cht zuviele su

thetisch herge en nicht an de n. Es sollten nu e für den Einsa keiner gesetzli n Sorten aus M ügen isolierter kern:

sentliche gen öhung der M

ne des Eingri nze/Same/Kn

ufällig im Ge

nsrate. Bei de Neutronenst um neue Eige em Gewebe a ntwickeln und er Keimbahn ( bt. Zur Identifi t werden. Nur cht, da die me utanten das g ungsfähigen Z ft in diese zu ü physikalischer

enpool nicht er Mutationsa ichkeit für da Zuchtfortschrit

positive Eigen ahl an Nachko

sung muss für blethale Nach

estellten Muta r Keimbahn d ur solche Subs atz in der Pfla ichen Regulier Mutationszüch r DNA/RNA in netische Verä utationsrate

iffs:

nospe/Meris

enom

er Mutationsz trahlen, Kälte‐

enschaften du auftritt, sind n d es kommt zu (Pollen, Eizelle izierung von s r ein sehr klein

eisten Mutati gewünschte M Zuchtlinien

überführen. M Mutagenese

oder sehr selt uslösung as Auffinden n

tt beschleunig nschaften gef ommen geprü r jede Kultura hkommen ent

agenzien sind der Pflanzen ( stanzen einge nzenzüchtung rung oder htung speziele n Nein

änderung:

e

stem/Zelle

üchtung

‐ und urch nur die

ur e oder stabilen ner Teil onen Merkmal

Man (siehe

ten

neuer gt.

funden ft art und

tstehen.

derzeit Eizelle, esetzt

g bewilligt

e

(6)

Ziel:

Prinzip:

Beschreib

anwendu

Beispiele Chancen:

Nachteile Risiken fü Umwelt + Gesundhe Kritische aus Sicht Biolandb Bemerku Verletzun Verletzun Einschrän Fortpflan Einschrän Weiteren Überschr Kreuzung Einschrän

Dos

Erze

gs‐

Bio

Änd

bung: Tr in

"h Ge au Se da ei un Fu da Ef er M di ationen: Tr ei gie zu hen

enen:

Tr

ungen:

Da (s Tr Si Tr Bi ge

e: Ge

ta

: Da

e: Di

kö ür

+ eit:

Ak w Punkte t des baus:

ungen:

nkung der Na

ssier zur Beurt

eugung von ologische

derung der

ransposons (a dem sie sich a hineinspringen ene. Sie wurd uch in vielen a equenzen, die afür, dass die ner anderen S nd kann dazu unktion verlie as Gen wieder ffekte regulier rhöht werden Mutationen. Tr e Mutationsr ransposons kö

ngekreuzt we ransposons w

as gezielte Ein iehe spontane ransposons sin e erlauben es ransposons in iotechnologie ezielten Integr

espränkelt‐fa agging“ bei de as Einkreuzen ie Auswirkung önnen reversi

ktivierte Trans ichtige Gene

eit:

chterischen

achbaufähigke

teilung von Zü

n genetische Mutation

Geninform

uch springend aus dem DNA n". Sie verursa en 1949 von anderen Pflan e ein Gen für d

DNA bei eine Stelle wieder führen, dass e rt. Wenn sich r funktionsfäh rt und kann du

. Transposons ransposons kö ate zu erhöhe önnen über A erden.

urden in viele

nkreuzen von e Mutationen nd ausserdem s den Forscher bestimmte G werden Tran ration von DN rbige Maiskör

r Pappel n von Transpo

gen der Trans bel sein.

sposons könn ausschalten.

ms: Nein Nein Nein Nein Nein eit: Nein

üchtungstech

er Variation sauslösun mation; Punk

de Gene gena A Verbund her achen perman

Barbara McCl zen vor. Bei d das Transposa r bestimmten ins Genom in eine andere G die Transpos hig. Die Aktivit

urch Umwelte s spielen eine önnen ganz ge en.

Artgrenzen hin en Pflanzen ge

Transposons n).

m wichtige Hilf rn zu untersuc Gensequenzen sposons zur E NA‐Konstrukte rner; Erstellun sons ist v.a. d posons sind n nen in nachfol

Einfü Zellk Wes Erhö

Eben

niken für den

n

ng: Transp ktmutation

annt) können auslösen und nentes oder te

intock zuerst den Transposo ase‐Enzym bes n Erkennungss tegriert wird.

Gensequenz u ons wieder he tät der Transp einflüsse, z.B.

wesentliche ezielt in Zucht nweg via Gent efunden.

wird genutzt, fsmittel für di chen, welche n integriert we Eliminierung v en eingesetzt.

ng einer Muta afür geeignet nicht vorhersa genden Gene

ügen isolierter kern:

ne des Eingri

ökologischen

posons n; Zufällig im

ihre Position i an anderer St emporäres Au im Mais entd ons handelt es

sitzen. Das En sequenz ausge

Diese Integra nterbrochen w erauslösen, w posons wird d Stress oder m Rolle bei natü matererial ein transfer in Zuc

um die Muta e Zuordnung v

Funktionen a erden. In der m von "Reporterg

nten‐Datenba t, einzelne Me gbar und ents rationen ande

r DNA/RNA in netische Verä utationsrate

iffs: Pflanze

n Landbau

m Genom

im Genom ve telle wieder usschalten ein deckt, komme

s sich um kurz nzym ist veran eschnitten wir ation erfolgt z wird und som wird in der Reg urch epigenet mutagene Sub ürlich vorkomm

ngekreuzt we chtmaterial

ationsrate zu e von Genfunkt usfallen, wen modernen rgenen" und z

ank durch „tra erkmale auszu

standene Mut ere substanzie

e

‐ 3 ‐ rändern, nzelner

n aber ze DNA

twortlich rd und an zufällig mit ihre gel auch

tische bstanzen

menden rden, um

erhöhen tionen.

n ur ansposon uschalten.

tationen ell

(7)

Prinzip:

Beschreib

anwendu

Beispiele

Chancen:

Nachteile

Risiken fü Umwelt + Gesundhe Kritische aus Sicht Biolandb

gs‐

Phy

Änd

bung: Be Kn er En ei ra Io be St St Ch zu (D Ei eb Hi em ationen: Di

Kä gie zu

hen enen:

St

ungen:

Za (IA od Ge So Zi M Ha Ze de Va M ge

e: M

Br te

: Ei

w

e: Fü

Re Ef st ür

+ eit:

De St Re

ysikalisch derung der

ei der physika nollen) oder g rhöhen. Zur io nergie (bei Te nem Atom od adioaktiver Sto onisierende St

esteht unter a toffe, die natü trahlungen ko hromosomen usätzlichen Stü Duplikation), d

nbauen eines benfalls zur er itzeschocks kö mpirische Dat

ie Mutationsr älte oder Wec teigerung der

ahlreiche Pflan AEA http://mv der schnellen

etreidearten i oja, Erdnuss, K

trusfrüchte, Ä Mutationszüch

artweizen‐Mu entraleuropa a er Natur nicht arietäten, bei Mutationszüch

enerieren.

Mehltauresiste raugerste; Erh erminierter Blü

nfache Metho ird.

ür jede Kultur eorganisation ffekte auftrete

arke genetisc

er Einsatz von trahlendosis t

eorganisation

e Mutatio Geninform

lischen Mutag ganze Pflanzen onisierenden S ilchen) bzw. Q der Molekül h

offe, Röntgen rahlung tritt i anderem aus d ürlich in Erdkru mmt es v.a. z mutationen w ückes (Insertio das Verschiebe s DNA‐Stücks (

rhöhten Muta önnen ebenfa

en vor.

rate kann auch chseltemperat natürlichen M

nzenarten wu vgs.iaea.org/) Neutronen be inklusive Ama Kartoffeln, To Äpfel, Pfirsiche

tung über 1.8 utanten (für N angebauten G t vorkommen.

den Legumin tung eingeset

nte Gerste; K höhter Lysinge

üte

ode um die M art muss die o der einzelnen en. Bei zu hoh

he Defekte au

n ionisierende reten vermeh en ganzer Chr

onsauslös mation; Chro

genese werde n ionisierende Strahlung rech Quantenenerg

erauszulösen strahlung un n geringer Do der kosmische uste und Atm

u Chromosom wie den Verlus

on), die zusät en eines Teils (Inversion). D ationsraten. A alls die Mutati

h durch ander turen künstlic Mutationsrate

urden seit 196 ) in zahllosen estrahlt. Diese aranth und Qu

maten, Yams, e und Wein u 800 neue Sorte Nudeln) etwa 7 Gerstensorten

. Beim Reis ka osen auf 100 tzt, um neue R

urzstrohige G ehalt im Weiz

Mutationsrate optimale Strah

n Chromosom her Strahlendo

ufweisen.

er Strahlung is hrt Chromosom

romosmenstü

ung

omosomenm

en Pflanzente en Strahlen au

hnet man alle gie (bei Wellen

. Dies ist z.B. A d kurzwellige osis als natürli en Strahlung u

osphäre vork menbrüchen. D

st eines Teilstü zliche Verdop tücks (Translo Die erhöhte UV Andere physika onsrate erhöh

re physikalisch ch erhöht wer e.

65 laut Interna Experimente er Behandlun uinoa, viele Le , aber auch di nterzogen. Bis en auf den Ma 70 % der Duru n (für Bier) hab am die Mutati

neue Sorten.

Resistenzen d

Getreidesorten en; Halbblattl

zu erhöhen, d hlendosis bes menbruchstück

osis können a

t im Biolandb menbrüche au ücke führen un

mutation; Z

ile (Samen, Po usgesetzt, um

Strahlungen, n) ausreicht, u Alpha‐, Beta‐

re Ultraviolett che Strahlenb und der Strah

ommen. Durc Diese begünst ücks (Deletion pplung von Ch

okation) und d V‐Strahlung im alische Reize, hen, allerding

hen Reize, wie den.

ationaler Atom n mit Gamma g wurden pra eguminosen u e wichtigsten s heute wurde arkt gebracht um‐Anbaufläc ben in ihrem E

onszüchtung In vielen Fälle urch Mutatio

n; Verbesserte ose Erbsen; A

die meist an Sa timmt werden ke können auc lle Nachkomm

au nicht zuge uf, die zu grös nd somit die I

Zufällig im G

ollen, Knospe die Mutation , deren kinetis um Elektronen

und Gammas tstrahlung.

belastung auf.

lung radioakt ch ionisierend

tigen

n), den Einbau hromosomens

das umgekehr m Gebirge füh wie Kälte‐ un gs liegen hierz

e z.B. extreme

menergiekom astrahlen (60C

ktisch alle nd Gemüsear Obstarten wi en mit Hilfe d t. In Italien bed che. Praktisch

Erbgut Gene, auf 200 neue en wurde die nsauslösung z

e Malzqulität Ackerbohnen

amen angewe n. Durch ch unerwünsc men absterbe

elassen. Bei se sseren

ntegrität des

Genom

n oder nsrate zu

sche n aus

trahlung . Diese

iver e u eines

tücken rte hrt d u wenig

e Hitze,

mmission Cobalt) rten wie

ie er decken

alle in die so in

zu

der mit

endet

chte n oder

ehr hoher Genoms

(8)

Bemerku

Dos be ungen: Au sin W na M ng der Integri ng der Integri nkung der nzungsfähigke

nkung der Na

ssier zur Beurt eeinträchtigen ufgrund zahlre nd unzählige Wieviele davon

achvollziehen Mutanten in ih ität des Genom ität der Zelle:

eit:

chterischen

achbaufähigke

teilung von Zü n können.

eicher Experim Mutanten in ü n zur Weiterzü , da keine Dek rem Stammba ms: Mögli

üchtungstech mente, die se über 170 vers üchtung verwe

klarationspflic aum aufweise ich Einfü Zellk Wes Erhö

Eben Pflan

niken für den it den letzten chiedenen Pf endet wurden cht vorliegt. D en, dürfte alle ügen isolierter kern:

ökologischen 60 Jahren du lanzenarten e n, lässt sich nic Die Zahl der he

rdings beträch r DNA/RNA in netische Verä utationsrate

iffs:

nospe/Meris

n Landbau rchgeführt we erzeugt worde

cht mehr eutigen Sorten

htlich sein.

e

stem/Zelle

‐ 5 ‐ erden, en.

n, die

(9)

Prinzip:

Beschreib

Modifika

Homolog natürlich Phänome Haupt‐

Nachteile

gs‐

Che

Änd

bung: Be Ch da ationen: U

di tr au Ei Eb w ve gie zu hen

enen:

St

ungen:

Zu Ei W

e: Ve

: W

an ef bl

e: Vi

w un ür

+ eit:

Di so w Be ungen:

nkung der Na

emische M derung der

ei der chemisc hemikalien be as v.a. Punktm

nter somaklon e in vitro Kult eten besonde uf.

ne Weiterent benfalls durch erden: z.B. be ervielfältigt.

teigerung der

ur Behandlung nsatz v.a. in d Weizen), wenn erzweigte Süs Wenn es darum

ngestrebt wer ffizienter als p

eibt.

iele Mutanten erden, so das ntersucht wer

ie meisten che ollten nicht an

erden. Es soll etriebsmittell ität des Genom ität der Zelle:

eit:

chterischen

achbaufähigke

Mutations Geninform

chen Mutagen ehandelt. Eine mutationen au naler Variatio tur auf künstli ers häufig bei wicklung der h chemische S ei der Polyploi natürlichen M

g vielzelliger P der Klonzüchtu nur einzelne sslupinen; Ver m geht, nur ein

rden, sind che physikalische B n können phän s grosse Nach rden müssen.

emischen Mu n der Keimbah

ten nur solche iste für den Ei ms: Nein

sauslösun mation; Punk

nese werden es der häufgst uslöst.

on versteht ma ichem Nährm

undifferenzie klassischen M Substanzen kö

idisierung (sie Mutationsrate

Pflanzenorgan ung (z.B. Zierp Merkmale ein rbessertes Fet

n Merkmal zu emische Muta Bestrahlung, d notypisch erst hkommenzahl

utagenzien sin hn der Pflanze e Substanzen insatz in der P Einfü Zellk Wes Erhö

Eben Pflan

g

ktmutation

Samen, Wurz en Substanze

an meist unbe edium induzie ertem Kallus‐G Mutagenese is önnen sogenan

ehe unten) wir e.

ne (z.B. Samen pflanzen) ode

ner Sorte verä ttsäuremuster u verändern bz genzien, die P da die Chromo t in ingezücht len auf die gew

d derzeit im B en (Eizelle, Po eingesetzt we Pflanzenzücht ügen isolierter kern:

n; Zufällig im

eln oder Orga n ist Ethylmet

eabsichtigte M ert werden. So Gewebe oder i

t die Tilling‐Te nnte Genomm rd das gesamt

n, Knollen ode r bei Inzuchtli ändert werden r von Raps zw. neue Mer Punktmutation

osomenanord eten Nachkom wünschte gen

Biolandbau nic ollen oder Emb erden, die ana ung bewilligt r DNA/RNA in netische Verä utationsrate

iffs:

nospe/Meris

m Genom

anteile mit mu thansulfonat

Mutationen, d omaklonale V in Zellsuspens echnik (siehe mutationen au

te Genom

er Steckling) g inien (z.B. Ger n sollen.

rkmalsauspräg nen bewirken dnung unverä

mmen identif netische Verän

cht zugelasse bryo) angewe alog zur

sind.

e

stem/Zelle

utagenen (EMS),

ie durch Variation sionen

unten).

usgelöst

eeignet.

rste,

gungen n, oftmals

ndert iziert nderung

n und ndet

(10)

Ziel:

Prinzip:

Beschreib

Modifika

anwendu

Beispiele

Chancen:

Nachteile Risiken fü Umwelt + Gesundhe Kritische aus Sicht

Dos

Erze

gs‐

Till

Änd

bung: Ti kl Et Hi kö gl Ei w m ge so du Ei Ve Ve ationen: Be

Ve ve Ge fin gie zu

hen enen:

St Se

ungen:

Da vo un M Ku w pr Am

e: Ka

M M Er

: Du

ne di er in zu N M Tr Ge

e: Ne

In ür

+ eit:

Punkte t des

Di so

ssier zur Beurt

eugung von ling

derung der

lling (=Target assischen Mu thylmethansu

ilfe Punktmut önnen. Die TIL eichzeitig im ngriffe. Es kön erden, das be mutationsauslö esamten Geno ondern diese m

urch mehrfach ne zusätzliche eränderungen erwandtschaf eim Eco‐TILLIN eränderungen erwendet für d

enbankakzess nden.

teigerung der elektionssyste as TILLING erl on Gentechnik nd anschliesse Methode wird

ulturpflanzen urde z.B. eine roduziert. Die mflora.

artoffelsorte d Mais; Glutenfre Mehltauresiste

rdbeeren; Erh urch die zune eue Allele bzw

e anschliesse rlaubt den Züc

duzierten Mu uvor etwas üb ullallelen, bei Merkmalsauspr ransposon‐Tec enabschnitten euartige Merk nsektenresiste

ie meisten che ollten nicht an

teilung von Zü

n genetische

Geninform

ed induced lo utagenese. Da lfonat (EMS)) tationen in ein LLING Techno

Hochdurchsat nnen jedoch n ereits sequenz ösenden Chem om. Daher mü müssen in sta he Rückkreuzu e Anwendung n), die als mol ftsanalysen ve NG werden eb n untersucht.

das Screening sionen, um da natürlichen M em.

aubt die Erze k. Beim TILLIN ende Selektion ein grosses Po in der Züchtu e Kartoffel gez se Kartoffel is die nur Amylo eiheit von We nz bei Gerste öhung der ge hmende Kenn w. Merkmalsa

nd in das Zuch chtern das Scr utanten. Ausse ber die Genfun denen ein Ge rägungen füh chnik und der n in der Grund kmale, die auf enz durch Bt‐G

emischen Mu n der Keimbah

üchtungstech

er Variation

mation; Punk

ocal lesions in abei wird die M

mit einem ne nem bestimm

logie ermöglic tzverfahren u nur Mutatione ziert wurde. D mikalien erzeu üssen nicht nu bile Sorten ü ung mit Hoch g besteht im F ekulare Mark erwendet wer benfalls einze Es wird aber k g eine grosse K arin die gewün Mutationsrate

ugung und da NG werden di

n optimiert, u otential zuges ungsforschung züchtet, in de st somit vergl ose produzier eizen; Dürrrer

; Veränderte enetischen Var

ntnis der Genf usprägungen htmaterial ein reening von e erdem könne nktion bekann en ausgeschal

ren können. T r DNA basierte dlagenforschu f neuen, artfr Gene des Bakt

utagenzien sin hn der Pflanze

niken für den

n

ktmutation

genomes) ist Mutationsaus euen Screenin ten Genabsch cht das Testen nd verzichtet en in einem b Die Behandlun ugen eine gros ur die gewüns

berführt werd leistungssorte inden von sog ker für Genlok rden können.

lne Genabsch keine Mutage Kollektion von nschte Mutati e kombiniert m

as Auffinden n e vorhandene um das gewün schrieben. Sie g angewendet r das Gen inak

eichbar zur ge t; Erhöhung d resistenz bei H Haltbarkeit be riation der Sü funktionen kö für gewünsch ngekreuzt wer einer grossen A

n Mutationen nt ist. Man erh tet wird bzw.

TILLING ist dah en Mutagenes ung.

emden Genen teriums Bacillu

d derzeit im B en (Eizelle, Pol

ökologischen

n; Zufällig im

eine Weitere lösung (meist ng‐Verfahren k hnitt gezielt id

n von vielen p bewusst auf g ekannten Stü g der Pflanzen sse Zahl von P

chten Merkm den. In der Re en.

genannten SN alisierungen u

nitte nach gen enese induzier

n Zuchtmateri on d.h. das ge mit einem effiz

neuer Merkma en Gene durch nschte Merkm

wird daher b t. Mit Hilfe de ktiviert ist, da entechnisch h der Salzresiste Hirse, Bananen

ei Raps, Karto sslupine önnen durch T hte Eigenschaf rden können.

Anzahl an Gen n identifiziert w

hält ein grosse neue Allele, d her eine wicht se zur Funktio n beruhen, wi us thuringiens

Biolandbau nic len oder Emb

n Landbau

m Genom

ntwicklung de t mittels

kombiniert, m dentifiziert we potenziellen M

gentechnische ck DNA gefun n mit

Punktmutation male gefunden

egel geschieht NPs (Einzelnuk

und

netischen rt, sondern m

ial und ewünschte M zienteren

ale ohne den h Mutationsau mal zu erhalten ei allen wicht r Tilling Techn s Amylosestä hergestellen S enz von Tomat

n, Reis und So offel, Zuckerrü Tilling sehr eff ften gefunden

Der hohe Dur nbankakzessio werden, ohne es Spektrum a die zu neuen

tige Ergänzun onsaufklärung

e z.B. die sis sind nicht m

cht zugelasse bryo) angewen

‐ 7 ‐ er mit dessen

erden Mutanten

e nden

nen im werden, t dies kleotid‐

an erkmal zu

Einsatz uslösung n. Dieser

igen nologie

rke orte ten und oja;

übe und fizient n werden,

rchsatz onen oder e dass an ng zur g von

möglich.

n und ndet

(11)

Bemerku

Be ungen: In

au M ng der Integri ng der Integri nkung der nzungsfähigke

nkung der Na

etriebsmittell n der EU könne

uf den Markt g Mutagenese ei

eit:

chterischen

achbaufähigke

iste für den Ei en durch TILL gebracht werd nen speziellen ms: Nein

insatz in der P ING erzeugte den. In Kanad n Zulassungsp Einfü Zellk Wes Erhö

Eben Pflan

Pflanzenzücht Pflanzen wie da müssen sie prozess durch ügen isolierter kern:

ung bewilligt konventionel aufgrund der hlaufen.

r DNA/RNA in netische Verä utationsrate

iffs:

nospe/Meris sind.

ll gezüchtete S r induzierten n Nein

änderung:

e

stem/Zelle

Sorten

(12)

Ziel:

Prinzip:

Beschreib

Nachteile

Dos

Erze

gs‐

Ge

Änd Gen

bung: M ge Ba un di Ag ationen: U

M gie zu hen

enen:

M Ti

ungen:

Di

e:

: Du

Ge

e: Di

M kö ür

+ eit:

De un Punkte t des baus:

M sy de ungen: Di w ng der Integri ng der Integri nkung der nzungsfähigke

nkung der Na

ssier zur Beurt

eugung von zielte Mu derung der nom

Meganukleasen

ewöhnlichen N asenpaare) er nd 40 Basenp esem Genort grobakterium m einen Stran Meganukleasen Meganukleasen eren) isoliert iese Methode

urch den Eins enom ausgelö ie Anzahl der Meganukleasen

önnen.

er Transfer de nbekannte Eff Meganukleasen

ynthetisch mo en Zellkern de iese Technik f ird.

eit:

chterischen

achbaufähigke

teilung von Zü

n genetische tation mit Geninform

n sind Enzyme Nukleasen, die rkennen und s paare erkenne wird das Gen , Transfektion ngbruch an ein n synthetisch n konnten bis

werden.

e ist im Mome

atz von Mega öst werden un natürlich isoli n so zu veränd er artfremden fekte auslösen n sind Protein odifiziert wurd er Pflanzenzel fällt nicht unte

ms: Nein Ja Nein Nein Nein eit: Nein

üchtungstech

er Variation ttels Meg mation; Punk

e, die doppels e ganz bestim spalten, könne en, die meist n nom einmal ge n oder Elektro ner gewünsch modifiziert w her aus versc

ent noch im Fo

anukleasen kö nd dort zu Mu ierten Megan dern, dass ben n Meganuklea

n.

ne, die meist a den. Diese Fre le transferiert er das Gentec

Einfü Zellk Wes Mut Geno

Eben

niken für den

n

ganuklease ktmutation

strängige DNA mmte sehr kur

en Meganukle nur einmal im eschnitten. M oporation in d hten Sequenz werden.

hiedenen Org

orschungsstad

önnen DNA‐Br utationen führ

ukleasen ist b nutzerdefinier sen in den Ze

aus anderen O emdproteine w

t, dabei wird d chnikgesetz, d ügen isolierter kern:

sentliche gen ationsauslös ort

ne des Eingri

ökologischen

en

n; an definie

A spalten könn ze Gensequen easen Genseq

Genom vorko eganukleasen en Zellkern tr im Genom au ganismen (Bak

dium.

üche an einer ren.

begrenzt. Dahe rte Schnittste llkern könnte

Organismen ge werden mit te die Integrität d

a keine isolier r DNA/RNA in netische Verä sung an einem

iffs: DNA

n Landbau

erter Stelle

nen. Im Gegen nzen (4 bis 10 quenzen zwisc

ommen. Gena n werden meis ransferiert.

uszulösen, kön kterien, Pflanz

r spezifischen er wird versuc llen kreiert w

auch andere

ewonnen und echnischem Au

der Zelle verle rte DNA einge n Nein

änderung:

m spezifisch

‐ 9 ‐

im

nsatz zu 0 chen 12

au an st via nnen die zen oder

Stelle im cht die erden

noch

ufwand in etzt.

eführt

en

(13)

Prinzip:

Beschreib

Modifika

anwendu

Beispiele

Chancen:

Nachteile Risiken fü Umwelt + Gesundhe Kritische aus Sicht Biolandb Bemerku Verletzun Verletzun Einschrän Fortpflan Einschrän

gs‐

Ge

(ZF Änd Gen

bung: Zi Zi Am ba m be an Ba Ge Ze ge da di ationen: Zi (O un M fu de Ef ve gie zu hen

enen:

Zi N

ungen:

Es M Ko Ge

e: Er

Na

: De

M Ei Zi Di

e: Es

ür +

eit:

De au Punkte t des baus:

Di vo de ungen: Di w ng der Integri ng der Integri nkung der nzungsfähigke

nkung der züc

zielte Mu FN)

derung der nom

nkfinger‐Nukl nkfinger‐Dom minosäuren, d akterielle Enzy mehrerer Zinkf

estimmten Ste nschliessende asenverschieb enfunktion ve elle eingebrac eschieht meist aran gearbeite e Pflanzenzel nkfinger‐Nukl Oligonukleotid nd so die Gen Mutationsauslö

unktionsfähige er Stelle im Ge ffizienz des Ge erhindert wer

nkfinger sind ukleasen ist je s gibt bereits e Mutationsauslö ombination m entransfer zug rste Versuche

ahrungspflanz er Einsatz von Mutation z.B. d genschaften e nkfinger, kann ies ist vor alle s ist ein Transf er Transfer de uch andere no ie Zinkfinger‐N orkommen. D er Pflanzenzel

iese Technik f ird.

eit:

chterischen

tation mit Geninform

leasen sind au mänen sind Be

die sich an ein yme, die die D inger‐Domäne elle im Genom pflanzeneige bungen (frame erloren gehen cht, sondern n t mittels Tran et diese Prote len einzuschle leasen können de) gekoppelt

sequenz gezie ösung via Olig en Genkonstru enom eingeba entransfers er den (siehe Ge Bestandteil v edoch eine Ne erste Anwend ösung durch d mit isolierten G gesprochen (s sind bereits b zen unternom n Zinkfinger‐N das gezielte Au

eines spezifisc n davon ausge m bei polyplo fer der synthe er synthetisch och unbekann Nukleasen sin iese Zinkfinge lle transferiert fällt nicht unte ms: Nein

Ja Nein Nein

ttels Zinkf mation; Punk

us verschiede estandteile vo n spezifisches DNA Doppelhe

en mit den Nu m die DNA‐Do ene Reparatur eshift) komme

. Bei dieser M nur die synthe sfektion, Elek eine via Diffus

eusen.

n zusätzlich m werden, die n elt ausgetausc gonukleatide).

ukten (Fremd aut, wo die Zi rhöht werden entransfer mit von regulatoris

eukombinatio dungen in der den Reparatur Genkonstrukte

siehe unten).

bei Tomaten, mmen worden ukleasen erm usschalten de chen Gens füh egangen werd oiden Arten vo etisch hergest h hergestellten nte Effekte aus nd synthetisch er‐Nukleasen w rt, dabei wird

er das Gentec Einfü Zellk Wes Mut Geno

finger‐Nu ktmutation

nen Bausteine n regulatorisc

DNA‐Triplett elix spalten kö ukleasen könn ppelstränge g rmechanismen

en und eine M Methode wird

etisch hergeste ktroporation o

ion bzw. aktiv mit kurzen isol

nach dem Dop cht werden ka Werden Zink gen) gekoppe nkfinger an di und gleichze t zielgerichtet schen Protein on von funktio Pflanzenzüch rmechanismus en ein grosses Mais, Soja, Re n.

möglicht spezif r Genexpress hren. Durch di den, dass alle on grossem Vo tellten Zinkfin n Zinkfinger‐N

slösen.

h hergestellte werden mit te die Integrität chnikgesetz, d ügen isolierter kern:

sentliche gen ationsauslös ort

kleasen n; an definie

en synthetisch chen Proteine

anlagern. Nuk önnen. Durch nen ganz gezie geschnitten w n kann es zu B Mutation entst keine rekomb ellten Zinkfing oder via Agrob ve Transportm ierten DNA‐Se ppelstrangbru ann (siehe gez kfinger‐Nuklea elt, wird dieses

ie DNA anlage itig unerwüns er Integration en, die Koppl nellen Protein tung. Neben d s, werden den s Potential für eis und andere

fische DNA‐Str ion von unerw ie hohe Seque Genkopien M orteil.

ger‐Nukleasen Nukleasen in d

Proteine, die echnischem A der Zelle verle a keine isolier r DNA/RNA in netische Verä sung an einem

erter Stelle

h hergestellte n und bestehe kleasen sind

die Kopplung elt an einer werden. Durch

Basenaustausc tehen bzw. di binierte DNA i ger‐Nukleasen bakterium. Es mechanismen

equenzen uch als Vorlage

zielte

asen mit gröss s Fremdgen a ern. Dadurch s schte Position n).

ung mit bakte nen.

der reinen n ZFN vor alle r den zielgeric en wichtigen

rangbrüche, d wünschten enzspezifität d Mutationen au

n in die Zelle den Zellkern kö

so in der Nat Aufwand in de

etzt.

rte DNA einge n Nein

änderung:

m spezifisch

im

e Proteine.

en aus 30 g

ch oder ie

n die n. Dies

wird direkt in

e dienen seren

n genau soll die

seffekte eriellen

m in chteten

die zu der

fweisen.

nötig.

önnte

ur nicht n Zellkern eführt

en

(14)

Weiteren Überschr Kreuzung Einschrän

Dos ntwicklung:

nkung der Na

ssier zur Beurt achbaufähigke

teilung von Zü Nein eit: Nein

üchtungstech Eben

niken für den ne des Eingri

ökologischen iffs: DNA

n Landbau ‐ 11 ‐

(15)

Prinzip:

Beschreib

Nachteile Risiken fü Umwelt + Gesundhe Kritische aus Sicht Biolandb Bemerku

gs‐

Ge

Oli Änd Gen

bung: Be du ei Se sy O Po Vo w ationen:

gie zu hen

enen:

ungen:

Ge

e: Ne

in

: Di

nu Ge er

e: Es

de ür

+ eit:

Es un Punkte t des baus:

Es un ungen: Es

w un de ng der Integri ng der Integri nkung der nzungsfähigke

nkung der Na

zielte Mu gonukleo derung der nom

ei der ortsspe urch den Tran nem bestimm equenz, ein so ynthetisch her ligonukleotid olyethylenglyc orlage für die ird in der Zell

ezielte Veränd eue Resistenz

der Forschun ie Erfolgschan ur das Zielgen ens wunschge rwarten als be s ist der Trans en Zellkern nö s könnten auc nbekannten E s werden mitt nd somit die I s wird auf EU ird argument nd die Technik en fertigen So ität des Genom ität der Zelle:

eit:

chterischen

achbaufähigke

tationsau tiden Geninform

zifischen ode nsfer einer spe mten Genabsc

ogenanntes O rgestellt, das d

wird in die Ze col (PEG) Beha zu erzeugend e abgebaut.

derung einer z in Gerste (m ngsphase.

ncen sind sehr betroffen ist emäss geände ei der konvent fer von isolier ötig.

ch andere Gen ffekten führe tels technische

ntegrität der Z Ebene diskuti iert, dass die k wesentlich v orten kann die ms: Nein

Ja Nein Nein Nein eit: Nein

uslösung m mation; Punk

r gezielten M ezifischen DNA

hnitt ermöglic ligonukleotid die gewünsch elle eingeschle

andlung von P de Punktmuta

bekannter Ge lo‐Mutante) g r viel höher al

. Durch die ku ert. Daher sind tionellen Mut rten synthetis norte mit den en.

er Eingriffe iso Zelle als funkt iert, ob diese

kurzen Oligon vorhersehbare e Anwendung

Einfü Zellk Wes Gezi Geno

Eben

mittels ktmutation

utagenese (en A‐Sequenz ein cht. Dabei wir

mit einer Län te Punktmuta eust (z.B. durc Protoplasten o

tion in der DN

ensequenzen z gegen ein brei s bei einer un urze DNA Sequ

d wesentlich w tationsauslösu sch hergestellt Oligomeren i

olierte DNA Se tionelle Einhe

Technik unter nukleotiden ke er ist als die u

von dieser Te ügen isolierter kern:

sentliche gen ele Verände ort

ne des Eingri

n; an definie

ngl. site‐direct ne gezielte Ve rd zuerst eine ge von 20 bis ation beinhalt ch Elektorpora oder Partikelb NA der Pflanze

zur Verbesser ites Spektrum gerichteten M uenz wird die weniger Nebe ung.

ten DNA Sequ nteragieren u

equenzen in d it verletzt.

r das Gentech eine rekombin

ngerichtete M echnik nicht na r DNA/RNA in netische Verä rung an eine

iffs: DNA

erter Stelle

ted mutagene eränderung de kurze DNA od s 100 Basen, tet. Dieses

ation oder beschuss) und

e. Die Vorlage

rung eines Me m von Mehltau Mutationsausl DNA Abfolge enwirkungen z uenzen (Oligo und zu noch

den Zellkern g

hnikgesetzt fäl nierte DNA da Mutationsausl achgewiesen n Ja

änderung:

em spezifisch

im

esis) wird er DNA in der RNA

d dient als e selbst

erkmals.

urassen ist lösung, da

dieses zu

mere) in

gebracht

llt. Es arstellen

lösung. In werden.

hen