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Pflanzengentechnik

Vertikaler und horizontaler Gentransfer

Gentransfer
Der Begriff Gentransfer beschreibt allgemein den Austausch genetischen Materials zwischen verschiedenen Lebewesen. Ein Gentransfer kann horizontal oder vertikal erfolgen.
Vertikaler Gentransfer ist ein Vorgang, der normalerweise als Kreuzung bezeichnet wird: Zwei Pflanzen kreuzen sich auf sexuellem Wege. Die rekombinierten Gene werden an die folgenden Generationen weitergegeben. Der horizontale Gentransfer ist im Gegensatz dazu das Weitergeben bzw. Aufnehmen von genetischem Material außerhalb der sexuellen Fortpflanzungswege. Er funktioniert außerhalb der bestehenden Artgrenzen, kommt aber unter natürlichen Bedingungen nur selten vor, wie z.B. die Übertragung von Genen von einer Pflanze auf ein Bodenbakterium.

In der Gentechnik versteht man unter Gentransfer die Übertragung einzelner Gene von einem Spenderorganismus auf einen Empfängerorganismus, der so transfiziert wird. Man kennt indirekten und direkten Gentransfer.

Beim indirekten Gentransfer stellen Protoplasten das pflanzliche Ausgangsmaterial dar und die Genübertragung erfolgt mittels biologischer Vektoren wie Retroviren oder Ti-Plasmide des Agrobacterium tumefaciens. Die Bezeichnung indirekter Gentransfer ist auf das eingesetzte Zweischrittsystem zurückzuführen: Integration der Fremd-DNA in ein Plasmid, Transformation des Bakteriums mit dem rekombinanten Plasmid, Integration der Gene in die Pflanze.

Unter direktem Gentransfer sind mehrere Methoden einzuordnen:

  • PEG1)-vermittelte Aufnahme von freier DNA. PEG, ein Polyether, wirkt perforierend auf die Membran, zusätzlich wird durch die Gegenwart von Calcium-Ionen die Aufnahmefähigkeit für freie DNA erhöht, die dann mit einer bestimmten Frequenz in die Chromosomen der Pflanzenzellen eingebaut wird. Ausgangsmaterial für diese Methode sind Protoplasten und Pollen.
  • Elektroporation, bei der durch kurze elektrische Impulse wird eine Perforation der Protoplastenmembran erreicht wird. Pflanzen werden unter diesen Umständen kompetent für die DNA-Aufnahme.
  • Biolistics – Partikelbeschusstechnik. Der Beschuss mit DNA-beschichteten Metallpartikeln wird an pflanzlichen Zellen, Keimblättern sowie an Embryonen vorgenommen.
  • Mikroinjektion, bei der die DNA mit einer Glaskanüle in das Cytoplasma von Zellen eingebracht wird.

Bei den erwähnten Methoden ist der Einbau der Fremd-DNA zufällig und nicht zielgerichtet. Es ist von vielen Faktoren abhängig, ob ein integriertes fremdes Gen den erwünschten Effekt erzielt. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Unversehrtheit der integrierten DNA, die bei diesen Methoden nicht immer gewährleistet ist.

1)PEG: Polyethylenglycol
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