Genetische Technologien

Das Thünen-Institut für Forstgenetik war in diesem Jahr in der Halle des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) auf der Grünen Woche vertreten. Die Grüne Woche gilt als die international wichtigste Messe rund um Ernährung und Landwirtschaft. Auch Wald-Aspekte werden auf der Grünen Woche aufgegriffen.

Am Stand der Forstgenetik war zentrales Element ein Stressversuch mit Pappeln, die aus der Gewebekultur in Pflanztöpfe überführt wurden. Dieser Versuch stellte anschaulich die Forschungsarbeiten unserer Nachwuchsforschungsgruppe, insbesondere von Doktorand Alexander Fendel, dar. Viele Besucherinnen und Besucher mit und ohne fachlichem Hintergrundwissen waren an dem Aufbau interessiert.

Begleitet wurde der Aufbau mit den Fachinformationen, die hier zu finden sind, darunter auch eine Publikation zur Durchführung der Stressversuche.

Vom 11. bis zum 13. September 2024 fand in Freiburg die Sektionstagung Forstgenetik und Forstpflanzenzüchtung des DVFFA (Deutscher Verband forstlicher Forschungsanstalten) statt. Diese Tagung, mit dem Thünen-Institut für Forstgenetik als Mit-Ausrichter, ist ein Highlight, da Forschende unterschiedlicher Ausrichtungen und Leute aus der Forstpraxis zusammenkommen und sich austauschen können.

Alexander Fendel hielt einen Vortrag über die Analyse der Trockenstresstoleranz von Pappeln, in denen bestimmte Gene modifiziert wurden. Dadurch lassen sich Rückschlüsse auf die Bedeutung dieser Gene für die Klimawandelanpassung von Bäumen gewinnen. Auf der Tagung tauschten sich Alexander und Kolleg:innen insbesondere über das sogenannte Phenotyping aus, also wie die Bäume im Gewächshaus untersucht werden, welche Parameter erhoben werden und wie diese Daten zu interpretieren sind.

Tobias Brügmann hielt einen Vortrag über die biotechnologische Forschung an Bäumen. Hierbei ging es vor allem um die Übertragung des Wissens aus den letzten Jahrzehnten, das vor allem mit schnellwachsenden Baumarten wie Pappeln gewonnen wurde, auf die Rotbuche. So berichtete er von den Forschungsarbeiten der Doktorandin Virginia Zahn, die eine Gewebekultur für die Rotbuche und weitere biotechnologische Prozesse etablierte.

Den Abschluss der Tagung bildete eine Exkursion. Hier gab es nochmal Gelegenheit zum Austausch über die Herausforderungen des Waldes.

Vom 23. bis 29. September fand in der schwedischen Hauptstadt Stockholm der IUFRO Weltkongress statt. Alle vier Jahre kommen bei diesem Kongress die internationalen Wald-Forschenden zusammen, zusätzlich Vertreterinnen und Vertreter aus Politik, Medien und forstlicher Praxis, um die aktuellen Herausforderungen zu diskutieren. Die Eröffnung durch den schwedischen König, seiner Majestät König Carl XVI. Gustaf, unterstrich die Bedeutung dieser Veranstaltung, die dieses Jahr unter dem Motto "Forests and Society towards 2050" stand.

Vom Thünen-Institut für Forstgenetik war neben Katharina Liepe und Niels Müller auch Tobias Brügmann anwesend. In seinem Vortrag "Elucidating the effect of single gene modifications on drought stress tolerance of poplars (Populus)" berichtete Tobias über Ergebnisse aus den aktuellen Versuchen der Nachwuchsforschungsgruppe.

Persönliches Highlight war die Begegnung und das Gespräch mit einem DER deutschen Klimawissenschaftler, Prof. Hans Joachim Schellnhuber. Schellnhuber war Gründungsdirektor des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung und Mitglied des Weltklimarats IPCC.

Wie in der Projektausschreibung vorgesehen, wird die Nachwuchsforschungsgruppe nach etwa zweieinhalb Jahren evaluiert. Dafür wurden die fachlichen Ergebnisse, sowie zahlreiche Vorträge, Posterpräsentationen und Veröffentlichungen zusammengetragen. Ausdrückliches Ziel der Mitarbeitenden ist die positive Evaluierung, sodass die Forschung um zwei Jahre bis zum Frühjahr 2026 fortgesetzt werden kann.

Parlamentarischer Abend in Berlin

Am 14. November war Dr. Tobias Brügmann beim parlamentarischen Abend der mathematisch-naturwissenschaftlichen Fachgesellschaften dazu eingeladen, mit Bundestagsabgeordneten und deren Mitarbeitenden über seine Forschungsthemen zu diskutieren. Ein Bericht zu dieser Veranstaltung ist hier online!

Am 28. November 2022 war Tobias Brügmann eingeladen, einen Vortrag im Seminar "Angewandte Gehölzökologie" an der Freien Universität Berlin zu halten. Auf Einladung von PD Dr. Manfred Forstreuter diskutierte er zunächst mit Studierenden die Forschung an Rotbuchen im Klimawald Berlin und stellte die nächsten Schritte im Projekt vor. Anschließend waren zu einem öffentlichen Vortrag rund 40 Teilnehmende aus Wissenschaft und Praxis erschienen. Manfred Forstreuter fasste zusammen: "Vom Genetik-Professor bis zum Forst-Studenten." Diesem Publikum erklärte Tobias Brügmann, welche Projektziele seine Nachwuchsforschungsgruppe verfolgt und ging insbesondere auf die Transkriptomanalyse der Bäume vom Klimawald ein. In der anschließenden Diskussion wurden Aspekte aus der molekularbiologischen Forschung und der Forstpraxis ausgetauscht. Über die Frage "Wie können die Forschungsergebnisse zur Klimawandelanpassung von Bäumen und Wäldern beitragen?" tauschte sich das Plenum angeregt aus.

Die nächste Gelegenheit zur Diskussion am 29. November: Ins Tagungszentrum der Bundespressekonferenz in Berlin hatte unter anderem der VBIO Politiker:innen sowie Vertreter:innen der Wissenschaftsorganisationen, wie Leopoldina, eingeladen, um über Genomeditierung in der Pflanzenforschung zu informieren, zu diskutieren und Fragen zu beantworten. Dr. Tobias Brügmann war im Expertenpanel neben Prof. Holger Puchta (KIT), Prof. Stephan Clemens (Uni Bayreuth) und Dr. Jana Streubel (Uni Hannover). Für die Bundestagsabgeordneten war insbesondere im Lichte der beabsichtigten Novellierung europäischer Vorschriften das "Ohr an der Wissenschaft" wichtig. Im zweiten Veranstaltungsteil trafen sich die Experten mit Medienvertretern, um sich auch hier über Genomeditierung auszutauschen.

In einer Kooperation mit der Freien Universität Berlin (PD Dr. Manfred Forstreuter) und der Universität Concepción (Chile, Dr. Sofia Valenzuela) wurden aus dem Klimawald 64 Rotbuchen ausgewählt, die genetisch und biochemisch von uns untersucht werden (siehe Juli 2022). Die biochemischen Analysen übernimmt die neue Bachelorandin Alina Fomin von der Universität Lübeck, die im November 2022 ihre Abschlussarbeit bei uns begonnen hat. Unter der Anleitung von Alexander Fendel werden u.a. die Gehalte an Prolin, Malondialdehyd (MDA) und Peroxiden ermittelt. Mit diesen Daten soll ermittelt werden, ob Rotbuchen aus Deutschland, Spanien, Frankreich oder Süditalien unterschiedlich stark unter Stress leiden, wenn sie einen Wassermangel erfahren.

Parallel dazu wird von Susanne Jelkmann die RNA von den 64 ausgewählten Bäumen isoliert, sodass in Kürze die RNA-Sequenzierung starten kann. Alexander Fendel und Tobias Brügmann stehen in regelmäßigem Austausch mit den Berliner Projektpartnern. Das Team um Manfred Forstreuter und seine Bachelorandin Maike Woith wertet die physiologischen Daten aus, die direkt auf der Fläche erhoben wurden. Im weiteren Verlauf sollen die Daten von Physiologie, Biochemie und Genetik zusammengeführt werden, um die Trockenstresstoleranz einzelner Rotbuchen-Herkünfte abschätzen zu können.

Nach den vielen Veranstaltungen im September stand im Oktober wieder die praktische Laborarbeit im Fokus des Teams. Unterstützt wird das Team seit dem 24. Oktober von Keelin Meyer, die als Bachelorandin ihre Abschlussarbeit im Großhansdorfer Thünen-Institut absolviert. Unter der Anleitung von Virginia Zahn wird Keelin versuchen, ein in planta-Transformationssystem für Rotbuchen zu entwickeln. Das würde für die Genomeditierung ein großes Hindernis überwinden, da die bislang zur genetischen Transformation benötigte in vitro-Kultivierung von Rotbuchen äußerst schwierig ist. Der hochschulseitige Co-Betreuer dieser Arbeit ist Prof. Dr. Gerhard Kauer von der Hochschule Emden-Leer.

Tobias Brügmann hatte zu Beginn Monats einen Austausch mit der Landwirtschaftlichen Rentenbank: Die Gesprächspartner:innen aus Vorstand und der forstlichen Abteilung waren daran interessiert, was Forschende im Forstbereich beschäftigt. Tobias stellte die Forschungsgebiete des Teams in der Nachwuchsforschungsgruppe dar und wies auf die drängenden Herausforderungen des Klimawandels hin. Die Teilnehmenden waren sich einig, dass man im guten Austausch bleiben wird. 

Die eigenen Forschungsprojekte auf Konferenzen zu präsentieren und mit Fachleuten zu diskutieren, gehört zu einer der Kernaufgaben für Forschende. Virginia, Alexander und Tobias haben von Ende August bis Mitte September einen wahren Konferenzmarathon hingelegt:

Bei der Botanik-Tagung vom 28. August bis zum 1. September 2022 in Bonn schnupperten Virginia und Alexander erste "internationale Tagungsluft", auf die pandemiebedingt länger gewartet werden musste. Insgesamt mit zwei Vorträgen und zwei Postern war unsere Forschungsgruppe vertreten.

Erfreuliches Ende der Tagung vom 5. bis zum 7. September: Das Poster von Tobias mit dem Titel "On track towards DNA-free genome editing", das über die gemeinsamen Forschungen mit Gastwissenschaftler Stefano Biricolti, Matthias Fladung und Dirk Becker von der Universität Hamburg berichtet, kam sehr gut bei den Tagungsbesuchern an. Tobias wurde dafür mit einem von drei Posterpreisen der Tagung ausgezeichnet.

Eine forstlich orientiere Tagung haben wir vom 12. bis zum 14. September besucht. Gleich den ersten Vortrag des Tages durfte Tobias halten mit einer ausführlichen Übersicht: Der Vortrag "Neue biotechnologische Methoden für Gehölze" gab einen Überblick über die Nobelpreis-ausgezeichnete CRISPR/Cas-Technik und Forschungsstand in Gehölzen. Anschließend berichtete Virginia über ihre bislang erfolgreichen Arbeiten zur Etablierung einer stabilen in vitro-Kultur der Rotbuche (Fagus sylvatica), die ein Grundstein für die weitere molekularbiologische Bearbeitung bilden soll. Alexander stellte Züchtungsmethoden dar, die in einjährigen Kulturpflanzen bereits gut etabliert sind, aber bislang kaum Einfluss in die Forstpflanzenzüchtung gefunden haben. Auch wenn das noch als Zukunftsmusik verstanden werden darf, zeigte er auf, wie ein präziser Züchtungansatz auf die Trockenstresstoleranz von Bäumen wirken kann.

Rotbuchen (Fagus sylvatica) haben ein großes Verbreitungsgebiet. In Mitteleuropa ist die Rotbuche die häufigste Laubbaumart. Am südlichen Rand des Verbreitungsgebiets, in Nordspanien, Südfrankreich und Süditalien, sind Rotbuchen mit anderen klimatischen Bedingungen konfrontiert: Die Jahresdurchschnittstemperatur liegt über den deutschen Werten; die Niederschlagsmenge ist geringer als in Deutschland. Und dennoch können in diesen sehr unterschiedlichen Habitaten Rotbuchen wachsen. Daher fragen wir uns:

Werden Gene in Rotbuchen aus Süditalien schneller eingeschaltet als in Rotbuchen aus Mitteleuropa?

Ist zwar die genetische Grundausstattung vergleichbar, aber die Regulation ausschlaggebend?

Ein Team um den Gehölzphysiologen PD Dr. Manfred Forstreuter (Freie Universität Berlin) hat im Berliner Grunewald einen "Klimawald" angelegt, in dem Rotbuchen von unterschiedlichen Herkünften gepflanzt wurden. In einem weltweit einzigartigen Versuchsdesign wurden Wasserleitungen auf dieser Buchen-Versuchsfläche verlegt, sodass einzelne Versuchsglieder (eine Gruppe von Bäumen) bewässert werden können, während andere Versuchsglieder im Sommer vom (natürlicherweise eintretenden) Trockenstress beeinflusst werden.