Als Transgener Mais (Genmais, Gv-Mais) wird gentechnisch veränderter Mais bezeichnet.
Bei transgenen Maissorten werden bestimmte Gene aus anderen Organismen in das Mais-Genom eingeschleust, mit dem Ziel, bei Bt-Mais die Bekämpfung von Schadinsekten zu verbessern sowie bei herbizidresistentem Mais oder herbizidtolerantem Mais die Unkrautkontrolle zu erleichtern.
Wie andere Anwendungen der Grünen Gentechnik ist auch transgener Mais vor allem in der europäischen Öffentlichkeit umstritten. Teile der Wissenschaft sowie Vertreter aus Politik und Industrie weisen auf Ertrags- und Einkommenssteigerungen, Verminderung von Pestizideinsätzen und damit verbunden geringere Umweltbelastungen hin. Vertreter aus Umwelt- und Verbrauchergruppen, politischen Parteien sowie einige Fachleute gehen von ökologischen und gesundheitlichen Risiken aus. Mögliche Gesundheits- und Umweltrisiken sind insbesondere in der EU und in Deutschland Gegenstand jahrelanger Kontroversen. In mehreren EU-Staaten, darunter Deutschland, ist der Anbau von transgenem Mais verboten. Als Begründung wurden von politischen Entscheidungsträgern insbesondere potenzielle Umweltrisiken genannt.
Es ist allerdings weitgehender wissenschaftlicher Konsens, dass transgener Mais nicht mit höheren Gesundheitsrisiken behaftet ist als Mais aus konventioneller Züchtung.National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine: Genetically Engineered Crops: Experiences and Prospects. The National Academies Press, Washington, DC 2016. doi:10.17226/23395. Kurzfassung:
Gentechnische Ziele Je nach gewünschter Eigenschaft können die Pflanzen folgende Merkmale (auch in Kombination) aufweisen: Herbizidresistenz Resistenz gegen Breitbandherbizide (wie z. B. Roundup), um die Unkrautbekämpfung zu erleichtern. Insektenresistenz (z. B. gegenüber dem Maiswurzelbohrer oder Maiszünsler), d. h. Resistenz gegen verschiedene Schadinsekten durch Einbringen von Bt-Toxinen, die für bestimmte Insektenarten tödlich sind (Bt-Mais). Trockentoleranz Als erster Vertreter dieser Zielgruppe von Gv-Pflanzen überhaupt wird Trockentoleranter Mais gezüchtet. Veränderte Eigenschaften und Inhaltsstoffe Das Ziel der Forschung hierbei ist zum Beispiel ein besserer Aufschluss der Maisstärke und damit mehr Effektivität bei der Herstellung von Bioethanol oder verbesserte Futtereigenschaften.
Überblick zu gentechnisch veränderten Maissorten Es gibt weltweit hunderte gentechnisch veränderte Maissorten. Die Non-Profit-Organisation International Service for the Acquisition of Agri-Biotech Applications (ISAAA) klassifiziert sie nach dem Transformationsereignis (Event) und registriert, in welchen Ländern sie zugelassen sind. Diese Dateihttps://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/default.asp nennt (Stand März 2021) 148 Events für Maize - Zea mays L. Im März 2018 nannte die Datei für Mais insgesamt 231 Events; häufig waren mehrere Eigenschaften in einem Event kombiniert (Stacked Events). Unter den kommerziellen Sorten betrafen am meisten Events Herbizidtoleranz mit 203 Events, gefolgt von Insektenresistenz (202), veränderter Produktqualität (12), Trockentoleranz (6), Bestäubungskontrolle (6) und vergrößerter Kolben (1). Auswahl kommerziell relevanter MaissortenH. K. Abbas u. a.: Implications of Bt traits on mycotoxin contamination in maize: Overview and recent experimental results in southern United States. In: J Agric Food Chem. Band 61, Nr. 48, 2013, S. 11759–11770. doi:10.1021/jf400754g Markenname Event Herbizidtoleranz Herbizidtoleranz Insektenresistenz-Gene Glyphosat Glufosinat Agrisure GT GA21 + RoundUp Ready 2 NK603 + Liberty Link T25 + Herculex TC1507 + Cry1F Agrisure RW MON810 Cry1Ab YieldGard™ Rootworm RW MON863 Cry3Bb1 Agrisure CB/LL Bt11 + Cry1Ab Maximizer™ Bt176 + Cry1Ab Agrisure GT/CB/LL Bt11 + GA21 + + Cry1Ab SmartStax MON88017+MON89034+DAS59122-7+TC1507 + + Cry3Bb1+Cry1A.105+Cry2Ab2+Cry34Ab1+Cry35Ab1+Cry1F Agrisure Viptera 3220 Bt11 + GA21 + MIR162 + TC1507 + + Cry1Ab+Vip3Aa20+Cry1F
Herbizidtoleranter Mais Um die Unkrautbekämpfung beim Anbau von Mais zu erleichtern, wurden Resistenzgene gegen Herbizide in das Genom des Mais integriert. Zunächst wurde von der Firma Monsanto die Glyphosatresistenz eingebracht, so dass der Gv-Mais RoundUp Ready 2 (Event NK603) gegen Glyphosat (Markenname Roundup) resistent ist. Die Firma Bayer AG setzte das Resistenzgen gegen Glufosinat ein, um eine Resistenz gegen Glufosinat (Markenname Liberty) zu erreichen. Dieser transgene Mais wird als Liberty Link (Event T25) vermarktet.
Da nach einigen Jahren gewisse Unkräuter gegen diese Herbizide resistent wurden, sind einzelne Maissorten entwickelt worden, die gleichzeitig Resistenzen gegen Glyphosat und Glufosinat enthalten. Da teilweise auch Unkräuter auftauchten, die sowohl gegen Glyphosat als auch Glufosinat resistent sind, wurden auch andere Resistenzgene in Maispflanzen eingebracht. Im Jahr 2017 sind die Maissorten Optimum™ GAT™ und Enlist™ zum Anbau zugelassen, die resistent gegen die Herbizide Sulfonylharnstoffe bzw. 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure sind.
Insektenresistenter Mais Bt-Mais mini|Raupe des Maiszünslers Ostrinia nubilalis, schwächt durch seine Fraßgänge die Standfestigkeit der Pflanze Um Fraßschäden durch Insekten am Mais zu vermeiden, wurde Gv-Mais entwickelt, der insektenresistent ist. Hierzu wurden Gene des Bakteriums Bacillus thuringiensis eingeschleust. B. thuringiensis ist ein weltweit verbreitetes Bodenbakterium, dessen Unterarten über 200 verschiedene Proteine (Bt-Toxine) produzieren, die jeweils spezifisch auf die Larven bestimmter Insektenarten der Ordnungen Käfer, Schmetterlinge, Zweiflügler und Hautflügler sowie Nematoden tödlich wirken.A. Bravo u. a.: Mode of action of Bacillus thuringiensis Cry and Cyt toxins and their potential for insect control. In: Toxicon. Band 49, Nr. 4, 2007, S. 423–435. doi:10.1016/j.toxicon.2006.11.022 Hierunter fallen wichtige Mais-Schädlinge wie der Maiszünsler (Ostrinia nubilalis), der westliche Maiswurzelbohrer (Diabrotica virgifera) und die Ypsiloneule (Agrotis ipsilon). In Nord- und Südamerika treten zusätzlich der Herbst-Heerwurm (Spodoptera frugiperda), der Westliche Bohnenschneider (Striacosta albicosta, engl. Western Bean Cutworm) und der Stalk Borer (Papaipema nebris) auf. Die genveränderte Pflanze bildet eine zunächst ungiftige Vorstufe des Toxins (Protoxin). Erst im Darm bestimmter Insekten wird es in die aktive Form umgewandelt. Dieses Toxin bindet an bestimmte Rezeptoren der Darmwand des Insekts und beginnt diese zu zersetzen, was zum Hungertod führt. Bt-Toxine gelten als harmlos für Menschen, Wirbeltiere und Pflanzen. Sie sind biologisch abbaubar, werden aber über die Wurzel in den Boden abgegeben. Studien kamen zu unterschiedlichen Ergebnissen hinsichtlich der Abbaugeschwindigkeit (wenige Tage bis mehrere Monate), die in erster Linie von verschiedenen Bodeneigenschaften abhängt.I. Icoz, G. Stotzky: Fate and effects of insect-resistant Bt crops in soil ecosystems. In: Soil Biology & Biochemistry. Band 40, Nr. 3, 2008, S. 559–586. doi:10.1016/j.soilbio.2007.11.002 B-Toxine werden als Präparate (Suspensionen) seit Jahrzehnten im biologischen Pflanzenschutz eingesetzt und sind auch im Ökolandbau zugelassen, zum Beispiel gegen den Maiszünsler unter dem Handelsnamen Dipel ES.
Die konstante Präsenz des Protoxins in der Pflanze unterscheidet sich von der periodischen Anwendung von biologischen oder chemischen Insektiziden dahingehend, dass die Schadinsekten dem Gift ständig ausgesetzt sind. Ein weiterer Unterschied gegenüber der Verwendung von Bt-Suspensionen besteht darin, dass Schädlinge das Gift direkt mit ihrer Nahrung (Maispflanze) fressen, anstatt dass sie die Suspension separat aufnehmen. Bt-Mais besitzt somit im Vergleich zu konventionellem Mais, der mit chemischen Insektiziden besprüht wird, eine erhöhte Präzision, da Schädlinge gezielter bekämpft werden und Nichtzielorganismen, die sich nicht vom Mais ernähren, nicht betroffen sind.
Bekannte Anbieter von Bt-Mais sind Monsanto, Syngenta, Pioneer Hi-Bred und Corteva.
Im Jahr 2002 sind erste Daten zu Resistenzen gegen Bacillus thuringiensis-Toxine aufgetaucht und 2016 waren schon zwölf unabhängige Fälle beschrieben, bei denen Maisschädlingen gegen bestimmte Bt-Toxine resistent waren.B. E. Tabashnik, Y. Carriere: Surge in insect resistance to transgenic crops and prospects for sustainability. In: Nat Biotechnol. Band 35, Nr. 10, 2017, S. 926–935. doi:10.1038/nbt.3974 Um die Resistenzentwicklung gegen die Bt-Toxine zu überspielen, wurden zunächst mehrere Bt-Toxine gleichzeitig eingesetzt.Y. Carriere u. a.: Can Pyramids and Seed Mixtures Delay Resistance to Bt Crops? In: Trends Biotechnol. Band 34, Nr. 4, 2016, S. 291–302. doi:10.1016/j.tibtech.2015.12.011 So enthält SmartStax von Monsanto sechs verschiedene Bt-Toxine. Da dieser Ansatz nur teilweise erfolgreich war, wurden auch ganz andersartige Toxine aus Bacillus thuringiensis, die sogenannte Vip-Proteine, eingesetzt, die über einen anderen Rezeptor der Darmwand der Insekten wirken.J. J. Estruch u. a.: Vip3A, a novel Bacillus thuringiensis vegetative insecticidal protein with a wide spectrum of activities against lepidopteran insects. In: Proc Natl Acad Sci USA. Band 93, Nr. 11, 1996, S. 5389–5394. PMID 8643585 Auch diese Bt-Toxine werden häufig mit mehreren anderen Bt-Toxinen kombiniert, beispielsweise in der Maissorte Agrisure Viptera 3220.
RNA-Interferenz Ein ganz anderer Ansatz, um die Resistenzentwicklung gegen Bt-Toxine zu umgehen, besteht darin, durch stabiles Einbringen kurzer DNA-Stücke aus Genen der Schadinsekten den Schädling durch RNA-Interferenz zu bekämpfen. Da die RNA-Interferenz eine Sequenzähnlichkeit zwischen dem eingebrachten DNA-Stück und dem Gen im Zielorganismus erfordert, ist bei einer geeigneten Wahl der Sequenz eine hohe Spezifität möglich.J. Zhang u. a.: Next-Generation Insect-Resistant Plants: RNAi-Mediated Crop Protection. In: Trends in Biotechnology. Band 35, Nr. 9, 2017, S. 871–882. doi:10.1016/j.tibtech.2017.04.009 So zeigt eine 240 Basenpaar lange DNA-Sequenz aus dem Sfn7 Gen des Westlichen Maiswurzelbohrers eine hohe Spezifität gegen den Westlichen Maiswurzelbohrer und wirkt nur gegen wenige nahverwandte Käferarten.P. M. Bachman u. a.: Characterization of the spectrum of insecticidal activity of a double-stranded RNA with targeted activity against Western Corn Rootworm (Diabrotica virgifera virgifera LeConte). In: Transgenic Res. Band 22, Nr. 6, 2013, S. 1207–1222 (doi:10.1007/s11248-013-9716-5) Mehrere Maissorten, die dieses 240 Basenpaar DNA-Stück des Snf7-Gens des Westlichen Maiswurzelbohrers enthalten, sind seit 2015 in mehreren Ländern für den kommerziellen Anbau zugelassen.
Veränderte Produktqualität Tierfutter-Mais (Phytase-Mais) Ein hoher Anteil des Phosphats in Pflanzen ist in Phytat gebunden und kann von nicht-wiederkäuenden Nutztieren, wie Schweinen und Geflügel, nicht aufgenommen werden. Die Aufnahme von Phosphat kann durch Zusatz von Phytase im Tierfutter ermöglicht werden. Die chinesischen Behörden erteilten 2009 Phytase-Mais die Zulassung zum Anbau. Phytase-Mais wurde von chinesischen Forschungseinrichtungen entwickelt und bildet infolge eines eingeführten Gens das Enzym Phytase, wodurch Schweine und Geflügel den im Maisfutter enthaltenen Phosphoranteil des Phytats verwerten können. Zugleich sinkt die Umweltbelastung, da Gülle und Stalldung weniger mit Phosphaten belastet sind.
Alternativ kann die endogene Phytatkonzentration in einer Nutzpflanze reduziert werden, indem man durch Genome Editing das IPK1-Gen inaktiviert, das für die Phytatsynthese verantwortlich ist. Der entsprechende Genome-editierte Mais wird in den USA nicht als gentechnisch veränderter Organismus eingestuft.E. Waltz: Tiptoeing around transgenics. In: Nat Biotechnol. Band 30, Nr. 3, 2012, S. 215–217. doi:10.1038/nbt.2143
Lagertoleranter-Mais (Avidin-Mais)