Biotechnologische Methoden zur Erhaltung gefährdeter Pflanzenarten

Etwa 35% der höheren Pflanzen und Farne Österreichs finden sich bereits in den Gefährdungsstufen 0 (ausgestorben oder verschollen) bzw. 1-3 (gefährdet) der Roten Listen. Die Erhaltung bedrohter Arten in ihrem natürlichen Lebensraum ist von größter Wichtigkeit, jedoch reichen diese Maßnahmen oftmals nicht aus, um deren Überleben zu sichern - insbesondere wenn das jeweilige Ökosystem selbst bedroht ist. Ex-situ Maßnahmen in Form von Lebendsammlungen und Samenbanken stellen eine Absicherung dar, haben jedoch in der Praxis ihre Grenzen und sind nicht für alle Arten anwendbar. Als Alternative bietet Kryokonservierung die Möglichkeit, wertvolles Genmaterial langfristig in Flüssigstickstoff bei -196 C zu lagern. In den letzten Jahren wurden große Fortschritte auf dem Gebiet der Kryokonservierung gemacht und verbesserte Methoden - aufbauend auf Verglasung (Vitrifikation) - entwickelt. Dennoch ist die Entwicklung von Protokollen für neue Arten ein langsamer Prozess, da jeder einzelne Schritt experimentell optimiert werden muss. In diesem Projekt sollen grundlegende Prozesse, die hinter der Einlagerung von Pflanzenmaterial stehen, geklärt werden und damit eine Basis für die Optimierung von Kryonkonservierungsmethoden für eine Reihe von Arten schaffen. Vorbehandlungen mit Kälte stimulieren eine Stressreaktion und führen zu komplexen Veränderungen innerhalb von Pflanzenzellen, wie etwa die Veränderung der Membranen und die Ansammlung von Zuckern. Diese Veränderungen in kälte-vorbehandelten Sprossspitzen werden im Vergleich zu Kontrollpflanzen biochemisch analysiert und der Verlust von Elektrolyten erfasst. Um Glasübergangsphasen und Kristallisationen im Gewebe feststellen zu können, wird Differentialkalorimetrie durchgeführt. Die Ergebnisse werden mit der Regenerierungsrate nach Kryokonservierung korreliert, um zu erkennen inwiefern induzierter Kältestress zu erhöhter Kryotoleranz führen kann. Ein kritischer Punkt in der Kryokonservierung ist die Regeneration von Pflanzen nach dem Wiedererwärmen. Die Zellultrastruktur innerhalb von meristematischem Gewebe wird vor und nach der Einlagerung untersucht. Die Analysen sollen darüber Aufschluss geben, welche Zellen überleben und schlussendlich zum Wiederwachstum beitragen. Das Ziel ist letztlich die Produktion von kräftigen Pflanzen, die dem Ausgangsmaterial entsprechen. Dieses Projekt soll mit Hilfe von Durchflusszytometrie sowie phenotypischer und biochemischer Untersuchungen ergründen, ob die regenerierten Pflanzen frei von somaklonaler Variation und physiologisch vital sind. Für die Studie wurden gefährdete Arten Österreichs als eine Zielgruppe ausgesucht, die wenig erforscht ist und für die bis dato noch keine Kryokonservierung durchgeführt wurde. Das Projekt wird auf regionaler Ebene Daten generieren, welche die Machbarkeit aber auch Einschränkungen dieser Methodik belegen sollen. Letztlich sollen innewohnende Risiken und Umsetzungsbarrieren minimiert werden, um so eine Anwendung in Österreich zu ermöglichen. Als Teil des Projektes wird in enger Zusammenarbeit mit der Kryo-Genbank IPK, Gatersleben (Deutschland) und den Botanischen Gärten Kew (GB) und Kings Park (Australien) eine Kryokonservierungs- Einrichtung aufgebaut.

Etwa 35% der höheren Pflanzen und Farne Österreichs finden sich bereits in den Gefährdungsstufen 0 (ausgestorben oder verschollen) bzw. 1-3 (gefährdet) der Roten Listen. Die Erhaltung bedrohter Arten in ihrem natürlichen Lebensraum ist von größter Wichtigkeit, jedoch reichen diese Maßnahmen oftmals nicht aus, um deren Überleben zu sichern - insbesondere wenn das jeweilige Ökosystem selbst bedroht ist. Ex-situ Maßnahmen in Form von Lebendsammlungen und Samenbanken stellen eine Absicherung dar, haben jedoch in der Praxis ihre Grenzen und sind nicht für alle Arten anwendbar. Als Alternative bietet Kryokonservierung die Möglichkeit, wertvolles Genmaterial langfristig in Flüssigstickstoff bei -196 C zu lagern. Wir entwickelten Kryokonservierungsprotokolle für österreichische bedrohte Wildpflanzen zum Zwecke der Generhaltung. Insbesondere untersuchten wir das Auftreten latenter bakterieller Besiedelung und die Auswirkungen auf die Regeneration von Sprossen. Die Verwendung von winterakklimatisiertem Feldmaterial von krautigen Dikotylen als Ausgangsmaterial für die Kryokonservierung wurde erstmals im Rahmen dieses Projekts beschrieben. Wir führten ferner eine genetische Populationsstudie zu Artemisia laciniata durch und inkludierten alte Herbariumexemplare von heute bereits ausgestorbenen europäischen Populationen. Unsere Ergebnisse demonstrierten die Machbarkeit des Einsatzes von Biotechnologie im Naturschutz. Zahlreiche Öffentlichkeitsarbeiten ergänzten unsere Forschung, um die Allgemeinheit für Naturschutzfragen zu sensibilisieren.