Der Wald aus dem Tiefkühlschrank

Der genetische Code von Bäumen ist nicht leicht zu knacken - die Biobank des AIT in Tulln sammelt DNA-Proben von Pflanzen aus ganz Europa

Ein weißer, bauschiger Faden schwimmt in dem kleinen Plastikröhrchen. Er sieht aus wie eine Nabelschnur aus einem rohen Hühnerei. Aber nein: "Es ist die DNA einer Fichte", sagt Silvia Fluch.

Die Molekularbiologin wacht über mehr als eine halbe Million solcher Proben. Sie lagern in einem containerförmigen Tiefkühlspeicher im Genressourcenzentrum des Austrian Institute of Technology (AIT), in einem Hightech- Gebäude am Standort Tulln. Hier wird das Erbgut von Bäumen aus ganz Europa gehortet - die DNA der Wälder.

Bis einem Teelöffel Fichtennadeln ein weißer DNA-Knäuel abgerungen ist, dauert es drei bis vier Stunden. Die getrockneten Nadeln werden zerrieben, um die Zellen zu zerstören und in Flüssigkeit gelöst, sodass ein grüner Brei entsteht. Der wird durch Zentrifugen, Pumpen und Filter gejagt. Übrig bleibt eine winzige Menge reiner DNA. Durch mehrfache Heiz-Kühl-Zyklen und mithilfe von Enzymen wird die DNA - bzw. ein einzelner Abschnitt davon - so lange vervielfältigt, bis sie eine sichtbare Menge erreicht.

Knapp 100 Proben werden auf eine Platte gepackt, mit Folie dicht verschlossen und im auf minus 20 Grad abgekühlten Speicher von einem Roboterarm entgegengenommen, der einen freien Platz im Regalsystem sucht. "Parallel gibt es zu jeder Probe einen Datensatz, in dem genau dokumentiert ist, worum es sich handelt, woher die Probe genau kommt und was die Analysen ergeben haben", erläutert Silvia Fluch. Genauso wird übrigens mit biologischem Material von Nutzpflanzen und der DNA von Rindern verfahren, deren Zuchtwert das AIT im Auftrag von Bauern ermittelt.

Aufwändige Waldinventur

Unterstützt durch ein Forst-Forschungsprojekt begründete Fluch 2003 am AIT die Online-Datenbank Picme (Platform for Integrated Clone Management), die auch zu den Sammlungen anderer Institutionen verlinkt - eine Plattform, die Forscher genauso wie Forstwirte nützen. Denn eine umfassende Probenentnahme kann sehr aufwändig sein, wenn es sich um alte, hohe Bäume handelt: "Im Zillertal haben sich die Anwohner über Lärmbelästigung beklagt, weil von 650 Fichten Proben heruntergeschossen werden mussten", erzählt Fluch.

Die systematische Inventur des Erbguts einzelner Arten und ganzer Wälder soll dazu beitragen, jene Gene zu finden, die Bäume gegen Trockenheit, extreme Wetterereignisse und Schädlinge wappnen und für besseres Austreiben sorgen. So könnten Exemplare mit der besten genetischen Ausstattung schon als Setzlinge gezielt herangezogen werden, um den Hunger der wachsenden Weltbevölkerung nach Holz-Ressourcen verlässlich zu stillen.

Während Pflanzenforscher bei schnell nachwachsenden Modellpflanzen wie der Ackerschmalwand längst Genen auf der Spur sind, die für die Anpassung an trockene und feuchte Gebiete oder für Salztoleranz zuständig sein könnten, bleibt das enorm große Genom von Bäumen bisher weitgehend im Dunkeln. So hat die Fichte etwa sechsmal so viel Erbsubstanz wie der Mensch - auch wenn die Anzahl der Gene vergleichbar ist. Immerhin bevölkern Nadelbäume die Erde seit mindestens 250 Millionen Jahren und haben dabei sämtliche Klimaschwankungen, Eiszeiten und Naturkatastrophen glimpflich überstanden.

Riesiges DNA-Puzzle

Die amerikanische Balsampappel ist bisher der einzige Baum, dessen vergleichsweise überschaubares Genom im Jahr 2006 vollständig entschlüsselt wurde - sie lässt sich zudem sehr schnell vermehren, da aus jedem abgeschnittenen Ast ein neuer Klon entsteht. Bereits seit 2009 arbeiten schwedische Pflanzengenetiker und Informatiker an der Entschlüsselung des Erbguts der Gemeinen Fichte, die als bedeutender Holzlieferant auch in Österreich mehr als die Hälfte der bewaldeten Fläche stellt. Eine Mammutaufgabe für die Wissenschaft, trotz der Technologiesprünge auf dem Gebiet der DNA-Sequenzierung in den letzten Jahren. "Das ist, als müsste man ein riesiges Puzzle, das nur aus vier Farben besteht, in der richtigen Reihenfolge zusammensetzen", sagt Fluch.

Bis die Unmengen an Baum-DNA-Elementen zu einer Sequenz zusammengesetzt sind, arbeiten die Forstgenetiker mit Teilstücken, sogenannten Markern. Das sind DNA-Abschnitte, deren Ort im Genom bekannt ist und die bei jedem Individuum Unterschiede aufweisen. In einem internationalen Projekt haben die AIT-Forscher DNA-Proben von je 1500 Baumexemplaren (Eichen, Fichten, Kiefern, Buchen, Ulmen, Eiben, Pinien) aus sieben Wäldern in ganz Europa eingelagert. "Damit können wir auf molekularer Ebene die Unterschiede zwischen spanischen und schwedischen Bäumen feststellen und Gene identifizieren, die für die Unterschiede in der Anpassungsfähigkeit verantwortlich sind", gibt Fluch ein Beispiel für die Forschungsarbeit.

Werden künftig also perfektionierte Baum-Klone die Biodiversität in den Wäldern verdrängen? "Pappeln und Weiden werden jetzt schon durch Klone vermehrt, um sie als Quelle für Biogaserzeugung zu nutzen. So wie auch in vielen österreichischen Gärten klonal vermehrtes Material steht - in Form von Thujenhecken oder Obstbäumen. Früher oder später wird man unterscheiden müssen zwischen naturnahen Wäldern, in denen die Artenvielfalt erhalten wird, und Produktionswäldern mit einer eingeschränkten Zahl an Genotypen", sagt Silvia Fluch. "Allein mit Naturwäldern wird man nicht genug nachwachsende Rohstoffe produzieren können." Bis dahin wartet die DNA der Bäume der Zukunft im Probenröhrchen auf ihren Einsatz. (Karin Krichmayr, DER STANDARD, 1.8.2012)