Der Farn Pteris vittata kann bis zu tausendfach höhere Konzentrationen des Umweltgifts Arsen im Boden aushalten als andere Pflanzen. Einem US-Forscherteam ist es nun gelungen, das für die Toleranz zuständige Gen im Erbgut der Pflanze ausfindig zu machen. Durch die Erbinformation veranlasst bildet die Pflanze eine Art Pumpe, die der Vergiftung der Zellen durch das Schwermetall vorbeugt. In Zukunft könnten auch andere mit diesem Gen ausgestattete Pflanzen dazu verwendet werden, verseuchte Böden oder Grundwasserverunreinigungen zu bekämpfen, berichten die Wissenschaftler um Jody Banks von der Purdue University in West Lafayette.
Arsen ist ein weltweit vorkommendes Schwermetall, das sich nahezu überall in geringen Konzentrationen im Erdboden und Grundwasser befindet. Für die meisten Lebewesen ist Arsen giftig. Beim Menschen kann der ständige Kontakt mit dem Metall beispielsweise viele Arten von Krebs verursachen. In großen Teilen der Welt ist daher die ? teils natürliche, teils menschengemachte ? Verseuchung von Böden und Wasser mit Arsen ein schwerwiegendes Problem. Bislang müssen kontaminierte Böden noch mit aufwendigen Methoden gereinigt werden.
Eine Alternative stellen arsentolerante Pflanzen dar, die das Schwermetall aus dem Boden oder dem Wasser ziehen und anschließend entsorgt werden. Leider ist die Aufnahmekapazität der meisten Pflanzen nicht hoch genug. Das könnte nun dank des gebänderten Saumfarns (Pteris vittata) anders werden. Der in tropischen Regionen verbreitete Farn zieht besonders viel des giftigen Schwermetalls aus dem Boden und reichert es in seinen Blättern an ? möglicherweise ein Schutz vor Fressfeinden.
Jody Banks und ihren Kollegen ist es nun gelungen, das für diese Toleranz verantwortliche Gen zu identifizieren. Da das Genom des Farns noch nicht sequenziert ist, mussten die Forscher auf die Versuch-und-Irrtum-Methode zurückgreifen: Sie verpflanzten Tausende von unterschiedlichen Pteris-vittata-Genen in eine ebenso große Anzahl von Hefezellen. Die Zellen wurden dann mit Arsen vergiftet ? doch einige überlebten und mussten demnach das richtige Farn-Gen bekommen haben. Das Gen vermittelt Informationen zur Herstellung eines Eiweißes, das auf der Zelloberfläche als eine Art Pumpe funktioniert, die das Arsen direkt in den zelleigenen Mülleimer befördert, bevor es Schaden anrichten kann. Auf diese Weise wird der Rest der Pflanzenzelle vor einer tödlichen Vergiftung geschützt.
“Es wäre vorstellbar, das Gen in eine Vielzahl anderer Organismen zu verpflanzen, die dann zur Dekontaminierung eingesetzt werden könnten”, erklärt Banks. In vielen asiatischen Ländern ist etwa die Verseuchung von Reisfeldern ein großes Problem. Mit Hilfe des Gens könnten die Reispflanzen dazu gebracht werden, das giftige Schwermetall in ihren Wurzeln einzulagern und nicht, wie bisher, in den Reiskörnern. Als nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler das Gen in die Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) einbringen, um die Möglichkeit zu überprüfen, eine andere Pflanze mit einer Toleranz gegen Arsen auszustatten.
Jody Banks ( Purdue University, West Lafayette) et al.: Plant Cell, Onlineveröffentlichung, doi: 10.1105/tpc.109.069773 ddp/wissenschaft.de ? Gwydion Brennan
