Kommerziell anbaubarer Tabak als Produktionssystem für Cyanophycin

Autor: Hausmann, T.; Hühns, M.; Broer, I.
In:

Kommerziell anbaubarer Tabak als Produktionssystem für Cyanophycin

Autor: Workshop 2009, Arbeitskreis Gentechnik
Herausgeber: Gesellschaft für Pflanzenbiotechnologie e.V.
Jahr: 2009

Einordung:
Institut: Professur Agrobiotechnologie

Abstract:
Die Produktion von nachwachsenden Rohstoffen (wie z.B. Biopolymeren) in transgenen Pflanzen stellt eine Alternative zur Herstellung aus fossilen Ressourcen dar.
Das Biopolymer Cyanophycin, ein cyanobakterielles Speicherpeptid, kann durch milde Hydrolyse in seine Bestandteile Polyaspartat und Arginin aufgespalten werden. Polyaspartat ist ein vollständig biologisch abbaubarer Ersatzstoff für erdölbasierte, nicht abbaubare Polyacrylate in einer Vielzahl von kommerziellen Produkten. Arginin erlaubt noch eine größere Wertschöpfung und ist z.B. Ausgangsmaterial für Nylon, Harnsäure und andere Aminosäuren. Das Gen der Cyanophycin-Synthetase konnte aus Cyanobakterien isoliert und erfolgreich in Pflanzen exprimiert werden. In der kleinwüchsigen Modellsorte Nicotiana tabacum `Petit Havanna´ SRI wurde ein Cyanophycingehalt von 6,8% des Trockengewichtes (TG) erreicht. Eine kommerzielle Cyanophycinproduktion erfordert jedoch für den Freilandanbau geeignete Sorten mit hoher Biomasseleistung. Nicotiana tabacum `Badischer Geudertheimer´ und `Virginia Golta´ weisen hohe Erträge und gute Toleranzeigenschaften gegen Wurzelkrankheiten und Virusbefall auf.
Die Erzeugung transgener Pflanzen der kommerziellen Tabaksorten erfolgte zum einen über die Einkreuzung einer Cyanophycin-produzierenden Pflanze der Modellsorte SRI. Die erhaltenen Hybride liegen phänotypisch zwischen den Ausgangssorten. Der Cyanophycingehalt im Blatt schwankt zwischen den Nachkommen von 1,1 bis 5,7 % des Trockengewichts im Gewächshaus. In in vitro-Pflanzen konnten höhere Cyanophycinwerte (bei `Geudertheimer´9,4% und 6,7% bei `Virginia´) nachgewiesen werden. Mit ausgewählten Pflanzen werden Rückkreuzungen in die kommerziellen Sorten durchgeführt. Weiterhin wurde die Agobakterien-vermittelte Transformation für beide Sorten optimiert. In Gewächshauspflanzen konnten bereits 5,8% bei `Geudertheimer´ bzw. 3,9% Cyanophycin des Trockengewichtes bei `Virginia´ nachgewiesen werden.
Die bis dato erreichten Cyanophycinwerte sind bereits vielversprechend. Für eine wirtschaftliche Nutzung dieser Pflanzen bedarf es noch zusätzlicher Untersuchungen. Durch die Optimierung der Konstrukte z.B. durch das Einbringen von Enhancerelementen oder der Anpassung des cphA-Kodierbereichs an die pflanzliche Codonusage könnte eine weitere Erhöhung des Cyanophycingehalts erreicht werden.

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