Die pflanzliche Gentechnik umfasst die gezielte Einführung fremder DNA in das Pflanzengenom. Die beiden am weitesten verbreiteten Transformationsmethoden sind die Agrobacterium-vermittelte Transformation und der biolistische Partikelbeschuss.
Agrobacterium tumefaciens ist ein Bodenbakterium, das natürlicherweise ein Segment seines Ti-Plasmids (T-DNA) in Pflanzenzellen überträgt. Die T-DNA wird von linken und rechten Border-Sequenzen flankiert, die vom bakteriellen Vir-Proteinkomplex erkannt werden. In binären Vektorsystemen wird die T-DNA, die das gewünschte Gen und einen selektierbaren Marker trägt, in ein kleines Plasmid kloniert, während die Vir-Proteine in trans von einem Helferplasmid im selben Agrobacterium-Stamm bereitgestellt werden.
Die Agrobacterium-vermittelte Transformation ist die Methode der Wahl für dikotyle Pflanzen und viele Monokotyle. Blattscheiben-, Kokultivierungs- und Tauchblütenmethoden setzen Pflanzengewebe Agrobacterium aus. Die Tauchblütenmethode, die häufig für Arabidopsis verwendet wird, beinhaltet das Eintauchen entwickelnder Blüten in eine Agrobacterium-Suspension, wodurch der weibliche Gametophyt transformiert wird.
Die biolistische Transformation (Genkanone) beschleunigt DNA-beschichtete Mikroprojektile mit komprimiertem Helium in Pflanzenzellen. Die Partikel durchdringen Zellwand und Membran und liefern DNA direkt in den Zellkern oder Chloroplasten. Diese Methode ist wirksam für Pflanzen, die für Agrobacterium schwer zugänglich sind, darunter Getreide wie Weizen und Mais, sowie für die Chloroplastentransformation.
Die Selektion transformierter Zellen erfolgt mit Markergenen, die Resistenz gegen Antibiotika oder Herbizide vermitteln. Häufige selektierbare Marker sind nptII (Kanamycin-Resistenz), hpt (Hygromycin-Resistenz) und bar (Phosphinothricin-Resistenz). Reportergene wie gus (β-Glucuronidase) und gfp (Grün fluoreszierendes Protein) ermöglichen die visuelle Identifizierung transformierter Gewebe.
Selektierbare Markergene können in nachfolgenden Generationen mit Hilfe von ortsspezifischen Rekombinationssystemen wie Cre-lox oder FLP-FRT entfernt werden. Markerfreie Transformation produziert Pflanzen ohne Antibiotikaresistenzgene und adressiert regulatorische und öffentliche Akzeptanzbedenken.
Zu den Anwendungen gehören herbizidresistente Nutzpflanzen (Roundup Ready), insektenresistente Bt-Pflanzen, verbesserter Nährstoffgehalt (Goldener Reis), Trockentoleranz und die Produktion pharmazeutischer Proteine in Pflanzen. Die Genomeditierung mittels CRISPR-Cas9 ersetzt zunehmend traditionelle transgene Ansätze.
