Raps
Qualitätsverbesserung - Reduzierung des Phytinsäuregehalts
Raps ist weltweit nach Sojabohnen die am Häufigsten angebaute Ölfrucht, in Europa steht er auf Platz eins. In den hiesigen Hauptanbauländern werden jedes Jahr zwischen 6,5 und 7,5 Millionen Hektar angebaut und bis zu 25 Millionen Tonnen Raps geerntet.
In keinem anderen Land der Europäischen Union wird wiederum so viel Raps angebaut wie in Deutschland. Auf etwa zwölf Prozent aller Ackerflächen wächst die gelbe Pflanze. Obwohl Raps eine jahrtausendealte Pflanze ist, spielt sie für die menschliche Ernährung erst in jüngerer Zeit eine Rolle. Frühe Sorten enthielten die unverträglichen Inhaltstoffe Erucasäure und Glucosinolate. So wurde Rapsöl zunächst als Lampenöl verwendet. Erst ab den 1970er-Jahren gelang es Züchtern, diese Stoffe zu entfernen und den sogenannten Doppel-Null-Raps (00-Raps) zu kultivieren. Damit begann der Aufstieg von Raps als Speiseöl- und Futterpflanze.
Inzwischen ist
Raps weltweit nach Sojabohnen die am Häufigsten angebaute Ölfrucht. In erster
Linie bauen Landwirte Raps als Ölfrucht an, denn die Saaten enthalten rund 45
Prozent Öl. Nachdem das Öl aus den kleinen, Rapssamen gepresst wurde, werden
diese als eiweißhaltiges Futtermittel für Rinder, Schweine und Geflügel
verwendet. Das gehäckselte Stroh dient schließlich als saugfähige Einstreu für
Ställe.
Die
Pressrückstände haben einen hohen Eiweißgehalt und mit einer günstigen
Aminosäure-Zusammensetzung, doch leider enthält Raps auch Phytinsäure
(Inositol-Hexaphosphat). Es handelt sich dabei um eine sogenannte antinutritive
Substanz, ein Stoff, der eine optimale Verwertung einiger der mit der Nahrung
aufgenommenen Nährstoffe einschränkt. Die Verwendung als Tierfutter oder
Lebensmittel ist daher begrenzt.
Beim Verzehr
bindet sie im Verdauungssystem Mineralstoffe und Proteine. Phytinsäure wird im
Magen-Darmtrakt von Säugern kaum abgebaut, daher führt die Ausscheidung des an
die Phytinsäure gebundene Phosphat zur Überdüngung von Gewässern.
Eine Reduktion
des Phytinsäuregehalts in Rapssamen könnte die Verwendung von
Raps-Pressrückständen als Futtermittel daher deutlich verbessern, und damit
eine wichtige Eiweißquelle als Alternative zu Soja erschließen. Da alle
verfügbaren Rapssorten einen hohen Gehalt an Phytinsäure aufweisen, versucht
ein Forscherteam der Christian-Albrechts-Universität Kiel mit verschiedenen
Ansätzen, den Phytinsäuregehalt von Rapssamen zu reduzieren. Eine Schwierigkeit
dabei ist, dass Raps tetraploid ist, also jeweils vier Kopien aller
Erbinformation besitzt und zusätzlich noch aufgrund seiner
Entstehungsgeschichte mehrerer Kopien verwandter Gene trägt. Dadurch wirken
sich Veränderungen, wie z. B. spontane Mutationen, in einzelnen Genkopien
praktisch nicht aus. Sie werden durch die verbleibenden intakten Gene
kompensiert. Mit Hilfe von CRIPR/Cas9 war es möglich, Doppel- oder
Dreifachmutationen in den entsprechenden-Genen einzuführen, die an der
komplexen Synthese des Inositol-Hexaphoshats beteiligt sind. Bei Doppelmutanten
zeigten sich kaum Auswirkungen auf den Phytinsäuregehalt der Rapssamen, in
Dreifachmutanten war der Phytinsäure-Gehalt um etwa ein Drittel (27% -35%)
reduziert. Andere Pflanzeneigenschaften wie Wachstum oder Ölgehalt der Samen
zeigten sich nicht auffällig verändert.
Parallel zu
dem Genome Editing Ansatz nutzten die Forscher auch eine Zufallsmutagenese der Rapspflanzen
mit erbgutverändernden Chemikalien, um die Funktion von Genen der
Phytinsäure-Synthese zu verändern. Durch die Analyse von vielen Tausend
chemisch genveränderter Rapspflanzen und durch die Kombination verschiedener
Mutanten durch Kreuzung konnten sie tatsächlich ebenfalls Rapspflanzen mit ca.
25% weniger Phytinsäure in den Samen erzeugen. Allerdings wiesen diese Pflanzen
aufgrund der ungerichteten Erbgutveränderung noch zu viele für die Pflanzen
nachteilige Mutationen auf, so dass sie als Grundlage für Züchtungsprogramme
ungeeignet wären. Hierzu müssten erst durch zahlreiche und zeitintensive
Rückkreuzungen die Anzahl der unerwünschten Mutationen reduziert werden.
Mit ihren
Forschungsarbeiten zur Reduktion des Phytinsäuregehaltes in Rapssamen hoffen
die Wissenschaftler dem Ziel, das äußerst proteinreiche, entölte Rapsschrot in
der Tier- oder Humanernährung nutzbar zu machen und als alternative heimische
Eiweißquelle zu etablieren, ein beträchtliches Stück näher gekommen zu sein.
Quellen:
Niharika
Sashidhar et al. (2020): Gene editing of three BnITPK genes in
tetraploid oilseed rape leads to significant reduction of phytic acid in seeds,
Plant Biotechnology Journal (online 19.03.2020, doi:10.1111/pbi.13380); https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.13380
Niharika Sashidhar et al. (2019): Identification of phytic acid mutants in
oilseed rape (Brassica napus) by large‐scale
screening of mutant populations through amplicon sequencing, New Phytologist
225:2022-2034. https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/nph.16281
Random and
CRISPR-Cas mutagenesis to create oilseed rape with reduced seed phytic acid
conten/ Kurzfassung
Reduktion des Anti-Nährstoffs
Phytinsäure mittels CRISPR/Cas9 verbessert Nahrungsqualität
https://www.scienceindustries.ch/_file/26333/point-2020-04-215-d.pdf