Untersuchungen zu phänologischen und phytomedizinisch relevanten Effekten einer gentechnischen Modifikation des Kohlenhydratmetabolismus in der Kartoffel (Solanum tuberosum L.)

Abstract

Die gentechnische Veränderung von Kartoffeln hat in der Pflanzenzüchtung eine zunehmende Bedeutung. Neben der knollen-spezifischen Stärkemodifikation spielt auch die Integration von Genen zur Synthese neuer, in der Kartoffel nicht ursprünglicher Substanzen eine Rolle. Hiezu zählt die in dieser Arbeit untersuchte Fructan-Kartoffel. Im Mittelpunkt standen jeweils drei transgene Linien der Kartoffelsorte Désirée mit folgenden zwei Konstrukten: das einfach transformierte Konstrukt 1-SST und das doppelt transformierte Konstrukt 1-SST/FFT. Beide Gene (sst, fft) stammen aus der Artischocke (Cynara scolymus).Für die Abschätzung und Bewertung möglicher Auswirkung auf die Pflanzengesundheit wurden für insgesamt fünf Kartoffelkrankheiten und -schaderreger mehrjährige Labor-, Gewächshaus- und Freilandversuche durchgeführt. Die Auswirkungen auf den Bestandesaufbau, ermittelt über die Phänologie und Morphologie, und somit der Konkurrenzkraft der transgenen Linien gegenüber Unkräutern fand im dreijährigen Freisetzungsversuch statt.Die Anfälligkeit der transgenen Linien gegenüber S. endobioticum, der Krautfäule (P. infestans) und G. rostochiensis blieb unverändert. Bei den SST/FFT-Linien trat durch M. in-cognita eine verringerte Reproduktion des Nematoden und durch L. decemlineata ein verrin-gerter saisonal abhängiger Freilandbefall auf, deren Ursachen nicht eindeutig zugeordnet werden konnten. Das reduzierte Myzelwachstum der Knollenfäule (P. infestans) bei den SST/FFT-Linien ging auf die Knollenfructangehalte zurück. Die SST/FFT-Linien wiesen eine verzögerte Bestandesentwicklung, verkürzte Haupttrieblänge und reduzierte Blüten- und Wurzelbildung auf, die insgesamt zu einem fehlenden Bestandesschluss führten.Alle Veränderungen der SST/FFT-Linien führen zu keiner Neueinstufung der Kartoffelsorte Désirée nach den Kriterien des Bundessortenamtes. Aus dem Blickwinkel der Pflanzengesundheit ergeben sich daher durch den Anbau der Fructan-Kartoffel keine umwelt- und agrar-relevanten Bedenken, die über jene beim Anbau konventioneller Kartoffelsorten hinausgehen würden. Genetic transformation of potatoes is increasingly becoming an important method among the German plant breeders. Most research effort is spent on tuber-specific starch modification strategies aimed at optimizing industrial processing of the potato as a renewable raw material. Another approach entails the insertion of genes that synthesize target substances not naturally available in the potato. The fructan-producing potato, which was designed as a prebiotic food, is an example of this research. At the centre standing three transgenic potato lines with a single transformed construct (1-SST) and three with a double transformed construct (1-SST/FFT) were assessed. Both genes (sst and fft) are derived from the artichoke (Cynara scolymus). The present study was therefore designed to evaluate and assess possible effects of the plant health through five potato diseases and pests under laboratory, greenhouse and field conditions. The effect of the crop development that might influence the competitive strength of potatoes against weeds was analyzed through the morphology and phenology of the transgenic lines in comparison to that of the isogenic line (wild type) over three years at field.The susceptibility of the transgenic lines to the diseases potato wart (Synchytrium endobioticum) and late blight (Phytophthora infestans) at the leaf and to the pest yellow cyst nematode (Globodera rostochiensis) was unchanged. At the three SST/FFT lines was the reproduction of the root-knot nematode (Meloidogyne incognita) and the attack under field conditions of the Colorado potato beetle (Leptinotarsa decemlineata) reduced. The reason for that could not be detected. The reduced mycel development of P. infestans on the tuber slices was established through the fructan content in the tuber. The SST/FFT lines show a slower crop development, shorter main shoots and a delayed flower- and root growth, which ends in a failed closed crop. None of the observed changes in the three SST/FFT lines regarding their phenotype, morphology and susceptibility to P. infestans, M. incognita, and L. decemlineata justify a new classification of the susceptibility reaction of the potato variety Désirée according to the criteria of the German Federal Office of Plant Varieties (Bundessortenamt). From a plant health and plant protection perspective, the cultivation of the transgenic fructan potato does not raise any more agricultural or environmental issues than the cultivation of conventional potato varieties.