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Essbare Baumwolle
Forscher der Texas A&M University haben selektiv den Gehalt einer giftigen Chemikalie in Baumwolle reduziert, wodurch die Samen essbar werden und Baumwolle möglicherweise in eine wichtige neue Nahrungsquelle umgewandelt wird.
Um Baumwollsamen essbar zu machen, reduzierten die Forscher den Gehalt an giftigem Gossypol (schwarze Flecken im oberen Bild) mit einer neuen Gen-Silencing-Technik.
Forscher unter der Leitung von Keerti Rathore , außerordentlicher Professor am Institut für Pflanzengenomik und Biotechnologie der Universität, verwendete eine neue Gen-Silencing-Technik namens RNA-Interferenz (RNAi), um das Toxin zu eliminieren. Biologen können ein bestimmtes Pflanzengen zum Schweigen bringen, indem sie ein Gen einfügen, das für doppelsträngige RNA kodiert, deren Sequenz der des interessierenden Gens sehr ähnlich ist. Das Vorhandensein der doppelsträngigen RNA bewirkt, dass Zellen jegliche Boten-RNA des Zielgens zerstören und diese effektiv zum Schweigen bringen.
In Baumwolle konstruierte Rathore ein RNA-Gen, das das Gen für ein Enzym zum Schweigen bringen könnte, das für die Biosynthese von Gossypol, einer toxischen Verbindung, die in Baumwolle vorkommt, entscheidend ist. Rathore verwendete einen Promotor, der spezifisch für Samengewebe in Baumwollpflanzen ist, damit der Gen-Silencer in anderen Baumwollgeweben nicht eingeschaltet wird. Gossypol wird normalerweise in fast jedem Gewebe von Baumwollpflanzen produziert und scheint sie vor Insekten sowie vor Pilz- und Bakterieninfektionen zu schützen.
Dies ist ein hervorragendes Beispiel für die Nützlichkeit der RNA-Silencing-Technologie zur Verbesserung der Erntequalität und der Gesundheit von Lebensmitteln, indem giftige oder ungesunde Verbindungen entfernt werden, die in Nahrungspflanzen weitaus häufiger vorkommen, als den meisten Menschen bewusst ist, sagt Richard Jörgensen , Professor für Pflanzenwissenschaften an der University of Arizona. Jorgensen war der erste, der 1990 diese Art von Gen-Silencing in Petunienpflanzen beobachtete.
Tiere mit mehreren Mägen, wie Kühe, können Baumwollsamen essen, aber Gossypol ist ein Herz- und Lebertoxin bei Menschen und anderen Tieren, einschließlich Geflügel. Wenn Sie ein Huhn nur mit Baumwollsamen füttern, stirbt es innerhalb einer Woche, sagt Rathore.
Für jedes Pfund Faser, das durch den Baumwollanbau produziert wird, werden 1,6 Pfund Saatgut produziert. Baumwollsaat ist potenziell sehr nahrhaft: 23 Prozent der Samen sind hochwertiges Protein. Aber vieles, was nicht zum Neuanpflanzen verwendet wird, wird weggeworfen oder an Kühe gegeben. Der wahre Wert von essbarem Baumwollsaat, sagt Rathore, liegt in den vielen Bauern in armen Ländern, die ein oder zwei Hektar der Pflanze wegen ihrer Faser anbauen, aber nicht in der Lage sind, die Ernte als Nahrung zu verwenden.
Baumwollpflanzen seien nicht der einzige Kandidat für diese Art der Gentechnik, sagt Jodi Scheffler , ein Forschungsgenetiker in der Forschungseinheit für Pflanzengenetik und -produktion des USDA. Tatsächlich, sagt sie, könnte diese Anwendung [von RNAi] für andere Pflanzenarten wichtiger sein. Es gibt viele andere Arten mit Samen mit giftigen Bestandteilen.
Traditionelle Züchtung funktioniert nicht, um Giftstoffe wie Gossypol zu eliminieren, da die vollständige Eliminierung Pflanzen anfällig macht. Im Jahr 1954 fanden Forscher eine Baumwollpflanze, die kein Gossypol bildete, und kreuzten sie Anfang der 1960er Jahre mit der landwirtschaftlichen Version der Pflanze. Die Samen dieser Pflanze könnten geröstet und wie eine Nuss gegessen oder zerkleinert und mit Mehl vermischt werden, um ein proteinreiches Brot herzustellen. Die Landwirte stellten fest, dass die Pflanzen von Insekten zerkaut wurden und wollten sie nicht anbauen, sagt Rathore.
Der Vorteil des RNAi-Ansatzes von Rathore liegt in seiner Spezifität. Die Samen sind fast frei von Toxinen, aber der Rest der Pflanze hat einen normalen Gossypol-Gehalt, daher sollte sie winterhart sein. Das gleiche gilt für die nächsten zwei Generationen von Pflanzen, die aus den Samen gezogen werden, sagt Rathore.
Abhaya Dandekar , Professor für Pomologie an der University of California-Davis, der an transgenen Pflanzen arbeitet, sagt, dass die Gen-Silencing-Technik allgemein nützlich sein könnte. Die einzige Frage ist, wie stabil dies in der Produktion sein wird, sagt er. Umweltbedingungen und Viren können den Gen-Silencing-Mechanismus in Pflanzen stören.
Scheffler sagt, dass die texanischen A&M-Forscher vor einer zusätzlichen Herausforderung stehen, die essbaren Baumwollpflanzen auf die Farmen zu bringen. Die für die Forschung verwendeten Baumwollpflanzen wie die von Rathore sind nicht dieselben in der landwirtschaftlichen Nutzung. Um das Merkmal auf die landwirtschaftlichen Baumwollarten zu übertragen, ist eine traditionelle Züchtung erforderlich. Die daraus resultierenden Pflanzen müssen die Forscher dann auf die Stabilität der RNAi testen.