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Reis ist das Grundnahrungsmittel eines großen Teils der Weltbevölkerung. Forschern ist es gelungen, den Ertrag der Pflanzen deutlich zu steigern - mit ausschließlich arteigenen Genen.


Wildreis (l.) und genetisch veränderte Pflanzen (GOC Plants)
Shen and Wang et al. / Molecular Plant / DPA

Die Ernährung der Weltbevölkerung gehört ohne Zweifel zu den großen Herausforderungen unserer Zeit. Vor allem Reis spielt in diesem Kontext eine wichtige Rolle. Denn in Asien ist er das Grundnahrungsmittel der Bevölkerung.

Chinesischen Forschern ist es nun gelungen, den Ertrag von Reispflanzen durch eine Veränderung des Stoffwechsels um bis zu 27 Prozent zu steigern. Sie setzten dafür Gene der Pflanze an anderer Stelle des Erbguts ein und erhöhten so die Photosynthese-Leistung. Das Verfahren stellt die Gruppe um Xin-Xiang Peng von der South China Agricultural University in Guangzhou im Fachmagazin "Molecular Plant" vor.

"Nahrungsmittelknappheit in Zusammenhang mit dem Wachstum der Weltbevölkerung wird ein ernstes Problem sein, dem sich unser Planet stellen muss", wird Peng in einer Mitteilung der Zeitschrift zitiert. Daher wolle er mit seinem Team den Stoffwechsel der Reispflanze (Oryza sativa) verbessern. Denn bei dem Prozess, bei dem die Pflanze aus Kohlendioxid (CO2), Wasser und der Energie des Sonnenlichts den Energieträger Glucose herstellt, entsteht auch Glykolat. Dieser für die Pflanze giftige Stoff muss durch einen energieaufwendigen Prozess - die sogenannte Photorespiration oder Lichtatmung - abgebaut werden.

Peng und seine Kollegen sorgten dafür, dass in den Chloroplasten, in denen die Photosynthese abläuft, drei Enzyme zum Einsatz kommen: Glykolat-Oxidase, Oxalat-Oxidase und Katalase. Diese sorgen dafür, dass ein Teil des Glykolats abgebaut wird.

Normalerweise werden bei der Lichtatmung in den Mitochondrien, den Zellkraftwerken, CO2 und Ammoniak abgeschieden. Durch die Veränderung des Stoffwechsels geht der Pflanze nun weniger Ammoniak (NH3) - und damit wichtiger Stickstoff - verloren. Zugleich entsteht mehr CO2 in den Chloroplasten, wo es dann für die Photosynthese zur Verfügung steht. Die genetisch veränderten Pflanzen zeigen eine höhere Photosynthese-Rate, schnelleres Wachstum und einen größeren Ertrag an Reiskörnern.

Der Ertrag ist dann besonders groß, wenn viel Licht zur Verfügung steht. Er könnte zudem noch größer ausfallen, wenn das genveränderte Saatgut besser keimen würde. Denn es keimt zum Teil deutlich schlechter als Samen vom Wildtyp der Pflanze. "Es wird laufend versucht zu enthüllen, wie genau die reduzierte Keimungsrate zustande kommt, um diesen Mangel zu überwinden und das Kornertragspotenzial zu maximieren", schreiben die Wissenschaftler in ihrem Fazit.

Ein ähnliches Prinzip, nämlich den Prozess der Lichtatmung abzukürzen und in den Chloroplasten mehr CO2 bereitzustellen, hatten US-Forscher kürzlich bei genverändertem Tabak in der Fachzeitschrift "Science" vorgestellt. Die Gruppe um Donald Ort von der University of Illinois in Urbana verwendete für die Veränderung des Stoffwechsels allerdings artfremde Gene, nämlich vom Riesenkürbis (Cucurbita maxima) und von einer Grünalgenart (Chlamydomonas reinhardtii).

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