Prof. Dr. Gabi Krczal: Grundlagenforschung und Serviceleistungen in den unterschiedlichsten Gebieten der Pflanzenbiotechnologie

Die Pflanzenbiotechnologie ist eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Sie wird eine zunehmende Rolle bei der Bewältigung der globalen Herausforderungen in den Bereichen Ernährung, nachwachsende Rohstoffe, Energie, Gesundheit und Umwelt spielen. Die Pflanzenbiotechnologie umfasst die Entwicklung, Optimierung und Nutzung biotechnologischer Verfahren zur Innovation und Effizienzsteigerung pflanzlicher Produktion. Sie eröffnet auch neue Möglichkeiten einer verbesserten Nachhaltigkeit der Produktion.

Bis weit ins 20. Jahrhundert erfolgte die Pflanzen­züch­tung mit Hilfe konventioneller Methoden wie klassische Kreuzungszüchtung und klassische Mutagenese, un­­ter­­stützt durch einen konventionell integrierten Pflanzen­­schutz mit kontrolliertem Einsatz von Dünger und Pesti­­ziden. Diese Strategie war lange erfolgreich, gerät aber aufgrund der rasant wachsenden Weltbevölkerung und der damit verbundenen Anforderungen an die Land­wirtschaft an ihre Grenzen. Die landwirtschaftlich nutz­­baren Flächen sind begrenzt und die natürlichen Res­­sourcen (wie z. B. Wasser) knapp, dennoch müssen die Er­­träge steigen, um eine wachsende Weltbevölkerung zu ernähren. Und das alles in den Zeiten des Klimawandels mit Wetterextremen in vielen Regionen. Um den wachsenden Nahrungsbedarf in 2050 zu decken, wäre ein jährlicher Produktionszuwachs von 2,4 % notwendig, davon sind wir jedoch weit entfernt. Die Wachstumsraten liegen bei Hauptnahrungspflanzen wie Mais, Reis, Weizen und Soja mit 1,6 %, 1,0 %, 0,9 % und 1,3 % weit darunter. Hier kann der Einsatz moderner Züchtungstechniken zu einem schnelleren Erreichen der Züchtungsziele, wie Resistenz gegenüber biotischem und abiotischem Stress und verbesserter Effizienz in der Nutzung von Wachs­tumsfaktoren beitragen, a­ngefangen von Smart Bre­­eding (Selection with Markers and Advanced Reproductive Technologies) – der Beschleunigung konventioneller Züchtung durch den Einsatz von molekularen Markern zur Detektion von züchtungsrelevanten Eigenschaften – bis hin zu den „New Breeding“-Technologien mit CRISPR (Clus­­tered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)/Cas9 als populärsten Vertretern, die u. a.punktuelle Ver­än­de­run­gen der DNA (Genome Editing) ermöglichen. Ein weiteres Arbeitsgebiet ist die Entwicklung von Pflanzen als Pro­­duktionsquellen pharmazeutisch wertvoller Substanzen.

Das Land Rheinland-Pfalz hat sich früh entschlossen, die Möglichkeiten der modernen Biotechnologie vor allem im Bereich Sonderkulturen (Wein, Obst und Gemüse) zu nutzen und aktiv zu fördern. Daher gründete die Landes­re­gierung bereits 1996 das Centrum Grüne Gentechnik (CGG), damals noch mit dem Auftrag, Betrieben Zugang zu neuen Züchtungsmethoden, in diesem Fall den Gen­transfer, zu ermöglichen und gemeinsam deren Nutzung für die be­­triebs­­eigene Verbesserung von Sorten zu evaluieren. 2004 wurde im Zuge der Agrarverwaltungsreform die RLP Agro­­Science GmbH gegründet, eine landeseigene gemeinnützige Forschungseinrichtung, in die das CGG als ein Ge­­schäfts­bereich, AlPlanta-Institut für Pflanzenfor­schung, eingegliedert wurde. Der Auftrag blieb ähnlich, Forschung und Ent­­wicklung auf dem Gebiet der Pflanzenbio­tech­nologie zu betreiben und rheinland-pfälzische Betriebe darin zu un­­ter­­stützen, mit Hilfe moderner biotechnologischer Me­­thoden eine höhere Wertschöpfung zu erreichen. AlPlanta sieht sich als Mittler zwischen grundlagenorientierter Forschung, industrieller Entwicklung und privatwirtschaftlicher Um­­setzung, hat Erfahrung mit Anforderungen des Marktes und führt zahlreiche Kooperationen mit Industriepartnern aus dem Life-Science- und dem landwirtschaftlichen Bereich durch.

Das Institut arbeitet in drei Forschungsschwerpunkten – Wirt-­­Pathogen-Interaktion, Züchtungs-Tools und Genregu­lation. In den ersten beiden Schwerpunkten geht es vor allem um angewandte Forschungsprojekte, die z. B. in den Bereichen Obst- und Weinbau Impulse aus der Praxis aufnehmen und Managementstrategien für aktuelle garten- und weinbauliche Problemstellungen entwickeln. So wurde z. B. in enger Zu­­sammenarbeit mit Praxis und Beratung für den Komplex „Phyto­­plasmaerkrankungen in Kern- und Steinobst“ ein umfassendes Management für diese durch bakterienähnliche Mikro­organismen verursachten Obst­krankheiten entwickelt. Dies umfasste die Züchtung von Phytoplasma-­­tolerantem Material für den Obstbau, das nun in einem bundesweiten An­­bau­­ver­such getestet wird und mittelfristig den rheinland-pfälzischen Produzenten zur Verfügung stehen wird, sowie die Identi­fi­zierung und Untersuchung der die Pathogene übertragenden Insekten (Psylliden) ein­­schließlich der Erstellung eines Bestim­mungschlüssels für diese Insekten, vor allem für Mit­arbeiter in der obst­­baulichen Beratung. Darüber hinaus werden innovative, umweltschonende Bekämpfungs­me­­thoden untersucht, wie z. B. der Einsatz von bakteriellen und pilzlichen Endo­­symbioten, die die Phytoplasmen „in Schach“ halten sollen.

Ähnliche Strategien werden für Schaderreger im Wein­bau verfolgt. Es handelt sich meist um pilzliche Schad­erreger, deren Nachweis und Bekämpfung sich schwierig gestaltet. Hier ent­­stand u. a. in intensiver Zusammen­arbeit mit einem mittelstän­dischen Unternehmen die Idee für ein innovatives Pflanzen­­schutzkonzept, bei dem funktionale Schutz­schichten, die ur­­sprünglich für technische Bereiche entwickelt wurden, für den Pflanzen­schutz so weiterentwickelt werden, dass resultierende Sperrschichten Pflanzen vor Schädlingen schützen, ohne toxisch zu wirken. Diese Technologie ist vor allem auch für den Weinbau interessant, der innerhalb der EU nur ca. 5 % der kultivierten Fläche beansprucht, worauf aber ca. 70 % aller landwirtschaftlich ausgebrachten Fungizide appliziert werden.

Im Forschungsschwerpunkt Genregulation betreibt AlPlanta vor allem Projekte der Grundlagenforschung, die sich z. B. mit den Mechanismen der Regulation von Genaktivitäten unter biotischem und abiotischem Stress beschäftigen. Grund­­lagen­­forschung und angewandte Forschung sind nicht voneinander trennbar. Ohne die Erweiterung der grund­­sätzlichen wissenschaftlichen Erkenntnisse und Ent­­wick­lungen kann keine spezialisierte Forschung in wirtschafts­­orientiertem Rahmen stattfinden. Erkenntnisse und Er­­geb­nisse der Grundlagenforschung sind eine un­­ab­­dingbare Voraussetzung für die Leistung angewandter Forschung. Dies zeigt sich auch in diesem Forschungsschwerpunkt: Aus den Ergebnissen dieser Grundlagenforschung haben sich nun Möglichkeiten für den Ersatz von chemischen Pflanzen­­schutzmitteln durch „natürliche Agenzien“, in diesem Fall kleine RNA Moleküle, ergeben.

Darüber hinaus ist AlPlanta eingebunden in verschiedene nationale und internationale Gremien sowie Beiräte. Weiter­hin ist es an Bachelor- und Masterstudiengängen der Fach­­hochschulen Bingen und Mannheim beteiligt, sowie mit Vorlesungen und Praktika an den Universitäten Heidelberg und Hohenheim aktiv. Zusammen mit den Universitäten erfolgt auch die Ausbildung von Doktoranden.

Prof. Dr. Gabi Krczal
Die 1959 geborene Autorin studierte an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg Biologie und  Chemie und promovierte an der Universität Heidelberg. Sie leitete von 1988 bis 1998 die Abteilung „Integrierter Pflanzenschutz“ und danach bis 1997 die Abteilung Virologie der Landesanstalt für Pflanzenbau  und Pflanzenschutz in Mainz. Von 1997 bis 2004 leitete sie das „Centrum Grüne Gentechnik“ an der Staatlichen Lehr- und Forschungsanstalt in Neustadt an der Weinstraße und ist seit 2005 Ge­­schäftsführerin der RLP AgroScience GmbH, ebenfalls in Neustadt an der Wein­straße. 2010 wurde ihr die Ehrenprofessur der Hochschule Mannheim verliehen.