Den für die Photosynthese benötigten Kohlenstoff gewinnen grüne Pflanzen aus der Atmosphäre. Das CO₂ aus der Luft müssen sie allerdings erst fixieren, das heißt, in ein Molekül einbauen, bevor sie es für Syntheseprozesse verwenden können. Bei den meisten Pflanzen wie auch dem Reis erfüllt diese Aufgabe das Enzym Rubisco. Das erste stabile Zwischenprodukt dieses Stoffwechselprozesses ist ein Molekül mit drei C-Atomen, weshalb die Pflanzen C3-Pflanzen heißen. Der limitierende Faktor der Photosynthese ist aber das Kohlendixid, da die C3-Pflanzen zu einem Zeitpunkt entstanden, als die Atmosphäre einen sehr viel höheren CO₂-Anteil aufwies als heute.

Rund fünf Prozent der Blütenpflanzen haben jedoch einen Weg entwickelt, ihre Photosynthese effizienter zu gestalten. Sie fixieren ihr Kohlendioxid mit einem Enzym, das eine sehr viel höhere Affinität zu dem Gas hat als die Rubisco. Dabei legen sie eine Art CO₂-Speicher an. Dieser Unterschied in der Biochemie bewirkt, dass das erste stabile Produkt der Photosynthese ein Molekül mit vier Kohlenstoffatomen ist, weshalb die Gruppe auch den Namen C4-Pflanzen trägt.

Da die C4-Pflanzen erst relativ spät in der Evolution entstanden sind, konnten sie sich an den veränderten, sehr viel niedrigeren Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre anpassen. Aber neben der effizienten Photosynthese haben die Pflanzen auch noch andere Vorzüge gegenüber den C3-Pflanzen: Sie halten Trockenheit und Hitze besser aus. Einige Kulturpflanzen wie Mais oder Zuckerrohr besitzen diesen leistungfähigen Mechanismus. Die C4-Photosynthese auch in anderen Getreidesorten einzuführen ist daher so etwas wie der heilige Gral der Genetiker, erklärt Maurice Ku.

Aus diesem Grund versuchten er und seine Kollegen Makoto Matsuoka von der Nagoya University und Mitsue Miyao vom National Institute of Agrobiological Resources in Japan den Reis gentechnisch so zu verändern, dass er über den C4-Stoffwechselweg verfügt. Dafür schleusten sie drei Gene aus dem Mais einzeln in verschiedene Reis-Sorten ein. Anschließend suchten sie nach so genannten genetisch stabilen Pflanzen, die das neue Gen in beiden Chromosomensätzen besitzen. Mit konventionellen Hybridisierungsmethoden führten sie die drei neuen Merkmale in einer Reis-Linie zusammen.

Zur Überraschung und Freude der Forscher reichte die Aktivität der Maisenzyme aus, um die Photosyntheseleistung des Reis zu verbessern. In vorläufigen Feldstudien mit zwei verschiedenen transgenen Sorten in China und Korea konnten sie eine Ertragssteigerung von 10 bis 35 Prozent erreichen. Außerdem scheinen die Merkmale auch in der mittlerweile sechsten Generation stabil zu sein, wie Ku auf der International Conference on Rice Biotechnology in Manila bekannt gab.

Ku ist der Überzeugung, dass diese Methode auch bei anderen Kulturpflanzen anwendbar ist. Ob die leistungsfähige Pflanze nun auch mehr Nährstoffe benötigt, ist noch unklar, zumindest hat sie jetzt einen höheren Wasserbedarf.

Siehe auch

• Spektrum Ticker vom 16.1.2000
  "Tabak in der Sahara?"
  (nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
  
• Spektrum Ticker vom 15.12.1999
  "Von Übeln an Wurzeln"
  (nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
  
• Spektrum Ticker vom 2.12.1999
  "Wohlgeratene Zöglinge"
  (nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)