Prof. Dr. Peter Leinweber
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31.12.2002

Ziel des Teilvorhabens war es, transgene Kartoffellinien zu erzeugen, die bei maximaler Cyanophcyinsynthese im Wachstum nicht behindert sind. Drei Cyanophycin-Synthetasegene (cy-ana, cy-cys, cy-coc) unterschiedlicher wurden unter Kontrolle des konstitutiven, cytoplasmatisch exprimierten 35S-RNA-Promotors in Tabak und Kartoffel exprimiert, um Aussagen über einen möglichen Einfluss der Cyanophycin-Synthese auf Regeneration und Wachstum transgener Pflanzen zu erkennen. Die im Vergleich zur Kontrolle niedrigeren Regenerationsraten beim Einsatz der Cyanophycinvektoren weisen auf eine Beeinträchtigung der Pflanzen durch die Expression von Cyanophycin hin. Beim Vergleich der Cyanophycin-Produktion konnte Cyanophycin-Granula in der Form, wie in Cyanobakterien, nicht nachgewiesen werden. Bei der Analyse zeigte sich jedoch, dass mit dem cy-coc-Gen transformierte Tabak- und Kartoffelpflanzen relativ große Mengen an löslichem Cyanophycin produzieren (bis zu 1% der Trockenmasse). Nach Transformation mit dem cy-coc-Gen konnten Pflanzen mit korrekter RNA identifiziert werden, während in den Regeneranten mit dem cy-cys-Gen nur Spaltprodukte der transgenspezifischen RNA nachweisbar waren. Das cy-ana-Gen ist in der Pflanze nicht funktionell. Es besteht eine deutliche Korrelation zwischen Blattveränderungen, der transgenspezifischen RNA und von Cyanophycin. Mit folgenden Ansätzen wurde versucht, die Cyanophycin-Expression in den transgenen Pflanzen zu optimieren: Stabilisierung der transgenspezifischen RNA, gewebespezifische Expression und Expression zusätzlicher Aminosäure-Biosynthesegene. Die Stabilisierung war bisher nicht erfolgreich. Zusätzliche Aminosäuregene wurden kloniert und zur Transformation eingesetzt, ihre Wirkung in der Pflanze wird noch untersucht. Erste Ergebnisse zur knollenspezifischen Expression (GBSS- bzw. B33-Promotor) bestätigen eine bessere Verträglichkeit von Cyanophycin in der Knolle. In einer Linie (B33-Promotor) wurde in der Knolle Cyanophycin nachgewiesen.

Das Ziel des Verbundvorhabens ist es, in transgenen Kartoffelknollen das aus Blaualgen stammende Protein Cyanophycin herzustellen, das als Ausgangsstoff für das Biopolymer Polyaspartat genutzt werden kann. Polyaspartat ist biologisch abbaubar, nicht toxisch und hat vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, beispielsweise als Ersatzstoff für nicht biologisch abbaubare Polyacrylate in Detergentien, Lösungsmitteln und in der Ölproduktion. Cyanophycin soll als Nebenprodukt bei der industriellen Verwertung von Kartoffeln anfallen und daher äußerst kostengünstig sein. Im Teilvorhaben 1 werden transgene Kartoffellinien erzeugt, die bei maximaler Cyanophcyinsynthese weder im Wachstum noch in der Stärkeproduktion behindert sind. Um dieses Ziel zu erreichen, soll der pflanzliche Pool an Stickstoff-haltigen Aminosäuren durch die Expression einer modifizierten bakteriellen Glutamin-Synthetase aufgefüllt werden.