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 largescale 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

https://www.agrar.uni-kiel.de/de/promotion-habilitation/promotion/kurzfassungen.pdf/niharika-sashidhar

Reduktion des Anti-Nährstoffs Phytinsäure mittels CRISPR/Cas9 verbessert Nahrungsqualität

https://www.scienceindustries.ch/_file/26333/point-2020-04-215-d.pdf

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