Einführung in Biotechnologie der Pflanzen für Ernährungswissenschaftler PD Dr. Klaus-J. Appenroth

1. Einführung in Biotechnologie der Pflanzen für Ernährungswissenschaftler PD Dr. Klaus-J. Appenroth Lehrstuhl Pflanzenphysiologie Wintersemester 2012/ 2013

2. 1. Einordnung der Biotechnologie als eine Einführung 2. Der jetzige Stand 3. Einige molekularbiologische Grundlagen 4. Biotechnologische Methoden, die man kennen muss! Teil I 5. Was sind Mutanten und wie werden sie erzeugt? 6. Wie macht man gentechnisch veränderte Pflanzen? 7. Biotechnologische Methoden, die man kennen muss! Teil II 8. Umweltaspekte und ethische Erwägungen 9. Biotechnologische Diagnostik Vorläufiges Programm, interaktiv

3. Bt-Mais der Linie MON810 von Monsanto ist eine der am häufigsten verwendeten Sorten weltweit. Inzwischen sinkt die Verbreitung zugunsten neuerer transgener Sorten mit kombinierter Insekten- und Herbizidresistenz.[. Herstellung einer Stärke aus, die vollständig aus Amylopektin besteht und somit eine optimierte stoffliche Nutzung für die Herstellung von Papier, Textilien oder Klebstoff ermöglicht.

5. Aktuelle gentechnische Ziele (Allgemein) 1. Resistenz gegen Pflanzenkrankheiten 2. Resistenz gegen Parasiten 3. Resistenz gegen Herbizide 4. Erzeugung neuer Blüten 5. Erzeugung spezieller Inhaltsstoffe

6. Chancen 1. Verbesserung der Züchtungsmethoden Beispiel: Hybridsaatgut 2. Ertragssteigerung besonders unter suboptimalen Bedingungen; Resistenzsteigerung; Sicherung der Welternährung. 3. Qualitätsverbesserung der Inhaltsstoffe für Ernährung Proteine, Kohlenhydrate, Fette, Sekundäre Pflanzenstoffe 4. Nutzung nachwachsender Rohstoffe Fette für industrielle Zwecke (Schmierstoffe); Veränderung der Stärkequalität (Klebstoffe), Papier, Holz

7. Konkrete Projekte 1. Tomate 25% mehr ß-Caroten; längere Haltbarkeit; Ketchup 2. Kartoffel Impfstoffe gegen Hepatitis; Chipsherstellung 3. Rübe Fruktose statt Glukose 4. Raps mehr Vitamin A 5. Reis („Golden Rice“) Vitamin A im Korn statt in der Schale; Entfernen von Allergenen 6. Erdbeeren Längere Haltbarkeit

8. Konkrete Projekte 7. Gurken Geschmacksverbesserung (Melone) 8. Wasserlinsen Wertvolle Pflanzenínhaltsstoffe 9. Banane Pilzresistent 10. Süßkartoffel Virusresistenz, Pilzresistenz, mehr essentielle Aminosäuren 11. Kaffee Koffeinfrei; Trockenresistenz etc. 12. Baumwollsamen Entfernung der Bitterstoffe

9. Gentechnisches Ziel Resistenz 1. Resistenz gegen Pflanzenkrankheiten 2. Resistenz gegen Parasiten 3. Resistenz gegen Herbizide

10. Gentechnisches Ziel Resistenz • 1. Resistenz gegen Pflanzenkrankheiten • Viren • Bakterien • Pilze • 2. Resistenz gegen Parasiten • 3. Resistenz gegen Herbizide

11. 1. Resistenz gegen Pflanzenkrankheiten • 1.1 Viren • Virustoleranz durch Expression von Hüllproteinen • 1.2 Bakterien • erste Beispiel in Kartoffel realisiert • kleine Proteine mit bakteriozider Wirkung: • Thionine, Apideacine, Crecropine • 1.3 Pilze • Glucanasen und Chitinasen (Problem der Vielfalt)

12. Gentechnisches Ziel Resistenz • Resistenz gegen Pflanzenkrankheiten • 2. Resistenz gegen Parasiten • Insekten • Nematoden • 3. Resistenz gegen Herbizide • 4. Erzeugung neuer Blüten • 5. Erzeugung spezieller Inhaltsstoffe

13. 2. Resistenz gegen Parasiten • 2.1 Insekten • - Bacillus thuringiensis-Toxine (BT-Toxine) • Proteaseinhibitoren

14. 2. Resistenz gegen Parasiten • 2.2 Nematoden • Chemische Bekämpfung heute verboten • gleiche Prinzipien wie bei Insektentoleranz • Wildrübenresistenz, Tomatenresistenz

15. Aktuelle gentechnische Ziele (Allgemein) 1. Resistenz gegen Pflanzenkrankheiten 2. Resistenz gegen Parasiten 3. Resistenz gegen Herbizide 4. Erzeugung spezieller Inhaltsstoffe

16. 3. Resistenz gegen Herbizide Wissen Sie, dass Sie das schon wissen? Daher nur zur zur Erinnerung: 3.1 Überexpression des Herbizid-Targetproteins 3.2 Modifizierung des Herbizid-Targetproteins 3.3 Einführung eines bakteriellen Enzyms zum Herbizidabbau

17. Aktuelle gentechnische Ziele (Allgemein) 1. Resistenz gegen Pflanzenkrankheiten 2. Resistenz gegen Parasiten 3. Resistenz gegen Herbizide 4. Erzeugung spezieller Inhaltsstoffe

18. 4. Erzeugung spezieller Inhaltsstoffe • Was ist damit gemeint? • 1. Erhöhung von bereits existierenden Inhaltsstoffen • In Zuckerrübe wurde der Zuckergehalt von 4 % auf 20 % durch • traditionelle Züchtung erhöht. • Analog: Proteingehalt, Ölgehalt. Speicherung in speziellen Organen. • 2. Oft denkt man dabei an Samen • Ernährungsphysiologischer Gehalt an pflanzlichen Proteinen (Gluten) • Fettsäurezusammensetzung (mono- und polyungesättigte Fetsäuren) • Beseitigung unerwünschter Begleitstoffe (Erucasäure, • Glucosinolate im Dopplenull-Raps) • - Kurzkettige Fettsäuren für industrielle Zwecke

19. Gluten Gluten ist die Bezeichnung für ein Gemisch aus 90 % Proteinen, 8 % Lipiden und 2 % Kohlenhydraten, welches durch Wasserzugabe zum Mehl beim Anteigen eine gummiartige, elastische, plastische Masse bildet. Es hat für die Backeigenschaften von Mehl eine zentrale Bedeutung. Die Prolaminfraktion der Kleberproteine bestimmter einzelner oder aller Getreide kann bei genetisch-prädisponierten Menschen zu Zöliakie führen, einer entzündlichen Erkrankung der Darmschleimhaut mit weitreichenden gesundheitlichen Folgen.

20. 1. Einordnung der Biotechnologie als eine Einführung 2. Der jetzige Stand 3. Einige molekularbiologische Grundlagen 4. Biotechnologische Methoden, die man kennen muss! Teil I 5. Was sind Mutanten und wie werden sie erzeugt? 6. Wie macht man gentechnisch veränderte Pflanzen? 7. Biotechnologische Methoden, die man kennen muss! Teil II 8. Umweltaspekte und ethische Erwägungen 9. Biotechnologische Diagnostik Vorläufiges Programm, interaktiv