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Unterschiedliche Baumsaaten werden in Händen gehalten, darunter Zapfen und Bucheckern
Unterschiedliche Baumsaaten werden in Händen gehalten, darunter Zapfen und Bucheckern
Institut für

FG Forstgenetik

Projekt

Biosicherheit bei transgenen Bäumen


Federführendes Institut FG Institut für Forstgenetik

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Gentransfer und Biosicherheit bei biotechnologisch erzeugten Bäumen

Seit 2008 dürfen transgene Pflanzen inklusive Bäumen (gv-Bäume) sowohl für nicht-kommerzielle Freisetzungen als auch für kommerzielle Anwendungen keine Antibiotika-Resistenzgene mehr beinhalten. Darüber hinaus wird besonders für Bäume gefordert, die zu übertragenen fremden Gene an Positionen im Genom zu platzieren, die sich als geeignet für die Integration fremder DNA erwiesen haben.

Hintergrund und Zielsetzung

Im Gegensatz zu agrarisch genutzten Pflanzen ist gut dokumentiertes Wissen für gv-Bäume nur in wenigen Datenbanken verfügbar. Bäume unterscheiden sich aber in vielen Merkmalen wie komplexer Lebensraum, lange Lebensdauer, geringer Domestikationsgrad im Vergleich zu agrarisch genutzten Pflanzen.

Das Ziel der Arbeiten in diesem Projekt gliedert sich in einen theoretischen und einen praktischen Teil. Im Rahmen eines Literaturstudiums sollen Informationen, die in verschiedenen europäischen Ländern generiert und für Biosicherheitsprotokolle für gv-Bäume relevant sind, gesichtet und bewertet werden. Diese Informationen könnten die wissenschaftliche Grundlage für zukünftige EU-Verordnungen zur Umweltverträglichkeitsprüfung von gv-Bäumen darstellen, um eine sichere Entwicklung und Anwendung zu gewährleisten. Im praktischen Teil dieses Projekts sollen die Möglichkeiten einer gezielten Integration fremder Gene in das Erbgut der Bäume sowie einer Eliminierung von Markergenen mit Hilfe von Rekombinationssystemen untersucht werden. Im Rahmen der Forschung zur biologischen Sicherheit sind diese Untersuchungen außerordentlich wichtig, um eine Risikoabschätzung bei der Verwendung derartiger Systeme vornehmen zu können.

Vorgehensweise

Das Vorhaben basiert auf Voruntersuchungen mit Rekombinationssystemen, die bereits erfolgreich an krautigen Pflanzen durchgeführt wurden. Auch für Aspen wurde das Funktionieren der Rekombinationssysteme Cre/lox sowie FLP/FRT gezeigt. Für eine Risikoabschätzung muss nun getestet werden, welche weiteren, eventuell pleiotropen Effekte bei transgenen Bäumen zu beobachten sind, die mit den Rekombinationssystemen transformiert wurden.

Für die Erzeugung Transgen-freien Pollens in Pappel-Pflanzen müssen zwei Konstrukte hergestellt werden, die die beiden Rekombinationssysteme, Antibiotika-Resistenzen sowie das „gene-of-interest“ tragen. 
Das erste Konstrukt trägt das hyg Antibiotika-Resistenzgen. Dieses Genkonstrukt dient gleichzeitig als Pflanzenselektionsmarker. Daran folgt die Cre Rekombinase unter Kontrolle eines Hitzeschock-induzierbaren Promotors (HSP). Eine loxP Erkennungssequenz befindet sich zwischen HSP-Promotor und der kodierenden Region der FLP Rekombinase. Die zweite loxP Sequenz befindet sich hinter der Terminatorsequenz des Selektionsmarkergens. An die linke loxP Sequenz schließt sich die kodierende Region der FLP Rekombinase an und an die rechte loxP Sequenz ein Pollen-spezifischer Promotor aus Cuphea lanceolata (Töpfer, unveröffentlicht) gefolgt von einem Gen von Interesse. Die Funktionalität des Cuphea- Promotors in der Pappel wurde in einem früheren BMBF-geförderten Projekt gezeigt. Nur für die hier durchzuführenden Arbeiten soll als „gene-of-interest“ das uidA-Gen (GUS) verwendet werden. Optional schließt daran ein zweites Selektionsmarkergen (nptII) unter Kontrolle eines konstitutiven Promotors an, das zum Nachweis der erfolgten 2. Rekombination dienen kann.
Das zweite Konstrukt ist wie das erste aufgebaut, enthält aber die genau inverse Anordnung der Rekombinasegene und der Erkennungssequenzen. Damit soll untersucht werden, welches System eventuell effizienter funktioniert.

Für die Transformation stehen frühblühende, 35S::FT-transgene männliche Zitterpappel-Pflanzen zur Verfügung.

Ergebnisse

Das Vorhaben basiert auf Voruntersuchungen mit Rekombinationssystemen, die bereits erfolgreich an krautigen Pflanzen durchgeführt wurden. Auch für Aspen wurde das Funktionieren der Rekombinationssysteme Cre/lox sowie FLP/FRT gezeigt. Für eine Risikoabschätzung muss nun getestet werden, welche weiteren, eventuell pleiotropen Effekte bei transgenen Bäumen zu beobachten sind, die mit den Rekombinationssystemen transformiert wurden.

Publikationen zum Projekt

  1. 0

    Vettori C, Fladung M (2016) Introduction. Forestry Sci 82:1-7

  2. 1

    Pilate G, Allona I, Boerjan W, Dejardin A, Fladung M, Gallardo F, Häggman H, Jansson S, van Acker R, Halpin C (2016) Lessons from 25 years of GM tree field trials in Europe and prospects for the future. Forestry Sci 82:67-100, DOI:10.1007/978-94-017-7531-1_4

  3. 2

    Biricolti S, Bartsch D, Boerjan W, Fladung M, Glandorf DCM, Sweet JB, Gallardo F (2016) Potential impacts of GM trees on the environment and on plant "Omics": questionnaire-based responses. Forestry Sci 82:195-205

  4. 3

    Kazana V, Tsourgiannis L, Iakovoglou V, Stamatiou C, Alexandrov A, Bogdan S, Bozic G, Brus R, Bossinger G, Boutsimea A, Celepirovic N, Cvrcková H, Fladung M, et al (2016) Public attitudes towards the use of transgenic forest trees: a crosscountry pilot survey. iForest 9(2):344-353, DOI:10.3832/ifor1441-008

  5. 4

    Kazana V, Tsourgiannis L, Iakovoglou V, Fladung M, et al (2016) Public knowledge and perceptions of safety issues towards the use of genetically modified forest trees: a cross-country pilot survey. Forestry Sci 82:223-244

  6. 5

    Gallardo F, Sánchez C, Grabowski M, Molina-Rueda JJ, Vidal N, Fladung M (2016) Soil effects of genetically modified trees (GMTs). Forestry Sci 82:155-172

  7. 6

    Häggman H, Sutela S, Walter C, Fladung M (2014) Biosafety considerations in the context of deployment of GE trees. Forestry Sci 81:491-524, doi:10.1007/978-94-007-7076-8_21

  8. 7

    Vettori C, Pilate G, Häggman H, Gallardo F, Ionita L, Ruohonen-Lehto M, Glandorf B, Harfouche A, Biricolti S, Paffetti D, Kazana V, Sijacic-Nikolic M, Tsourgiannis L, Migliacci F, Donnarumma F, Minol K, Fladung M (2014) COST Action FP0905: biosafety of forest transgenic trees. In: Ramawat KG, Mérillon J-M, Ahuja MR (eds) Tree biotechnology. Boca Raton: CRC Press ; Taylor & Francis, pp 112-124

  9. 8

    Ahuja MR, Fladung M (2014) Integration and inheritance of transgenes in crop plants and trees. Tree Genetics Genomes 10(4):779-790, DOI:10.1007/s11295-014-0724-2

  10. 9

    Bentley AR, Jensen EF, Mackey IJ, Hönicka H, Fladung M, Hori K, Yano M, Mullet JE, Armstead IP, Hayes C, Thorogood D, Lovatt A, Morris R, Pullen N, Mutasa-Göttgens ES, Cockram J (2013) Chapter 1 : Flowering time. In: Kole C (ed) Genomics and breeding for climate-resilient crops : Vol. 2 target traits . Berlin: Springer, pp 1-66

  11. 10

    Fladung M, Hönicka H, Ahuja MR (2013) Genomic stability and long-term transgene expression in poplar. Transgenic Res 22(6):1167-1178, DOI:10.1007/s11248-013-9719-2

  12. 11

    Hönicka H, Lehnhardt D, Polak O, Fladung M (2012) Early flowering and genetic containment studies in transgenic poplar. iForest 5:138-146, DOI:10.3832/ifor0621-005

  13. 12

    Fladung M, Altosaar I, Bartsch D, Baucher M, Boscaleri F, Gallardo F, Häggman H, Hönicka H, Nielsen K, Paffetti D, Seguin A, Stotzky G, Vettori C (2012) European discussion forum on transgenic tree biosafety. Nature Biotechnol 30(1):37-38, DOI:10.1038/nbt.2078

  14. 13

    Fladung M, Hönicka H (2012) Fifteen years of forest tree biosafety research in Germany. iForest 5:126-130, DOI:10.3832/ifor0619-005

  15. 14

    Knoop M von, Fladung M (2012) Stadtbäume als Ergänzung des Biomasseaufkommens? : eine Herausforderung für die Gentechnik. AFZ Der Wald 67(12):16-19

    https://literatur.thuenen.de/digbib_extern/dn050270.pdf

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