Pflanzenabwehrreaktion auf Abruf

Das METDEF-Projekt (Metabolic engineering of triterpenoid pathways involved in plant defence in Arabidopsis and rice) hat ein Toolkit entwickelt, das Gene und Enzyme für den Bau von Triterpenoid-Glykosiden in einigen Getreidesorten enthält.  Reis und Mais zum Beispiel produzieren keine Triterpenoide auf natürliche Weise.

Mit Hilfe der "Golden Gate Assembly 'Technik für Multi-Gen-Vektor-Montage und Klonen wurde das resultierende Toolkit an Nicotiana benthamiana, einem nahen Verwandten der Tabakpflanze, validiert.

Die Forscher arbeiteten dann an der Transformation der Modellpflanze Arabidopsis und erhielten erfolgreich Verbindungen aus dem Avenacin-Stoffwechselweg, einer anti-mykotischen Wachstumsverbindung, die natürlich in Haferwurzeln vorkommt.  Außerdem verwandelt die Wissenschaftler ein weiteres Triterpenoid Amyrin, einen Bestandteil von Löwenzahnkaffee.

In einem weiteren Zweig der synthetischen Biologie, arbeiteten die Forscher an der Erzeugung von Genclustern, die Kulturpflanzen entworfene Merkmale verleihen. Diese würden dann durch Umweltsignale gesteuert werden, so dass die Gene nur bei Bedarf exprimiert würden. Wie etwa Nährstoffproduktion, wenn die Nahrung begrenzt verfügbar ist.

Mit Hilfe eines Stoffes, der in Sorghum vorkommt, Dhurrin, und der Insekten abstößt, schufen die Forscher verschiedene Cluster mit drei Dhurrin-Genen unter der Kontrolle verschiedener Promotoren. Verschiedene Linien enthalten Dhurrin, was von großer Bedeutung ist, dass nun Antworten auf Entwicklungs-, Umwelt- und chemische Signale konstruiert werden können.

Die Anwendungen für die METDEF-Biotechnologie gelten allgemein für die landwirtschaftliche Produktion, um die Nahrungsmittelsicherheit zu verbessern. Manipulierte Pflanzen genau zuzuschneiden, um eingefügte Gene zu exprimieren, könnte nicht nur Krankheitserreger betreffen, sondern auch die Antwort auf die zirkadiane Uhr, Sauerstoffmangel und niedrige Nährstoffgehalte.