Gentechnisch veränderte Pflanzen in Zeiten des Klimawandels – ein Beitrag zur Welternährung?

Zusammenfassung

Der mögliche Beitrag von gentechnisch veränderten Pflanzen zur Sicherung der Welternährung wird seit Jahren diskutiert. Zumindest bei der ersten Generation transgener Pflanzen, die seit den 1990er Jahren auf die Felder kamen, haben sich die Hoffnungen nicht wirklich erfüllt.

Das Feld gentechnischer Anwendungen an Pflanzen hat sich in den letzten Jahren stark erweitert. Verantwortlich dafür sind neue Werkzeuge wie die ‚Gen-Schere‘ CRISPR/Cas. Mit dieser ‚Neuen Gentechnik‘ können die Eigenschaften von Pflanzen drastisch und über die bekannten Merkmale einer Art hinaus verändert werden, ohne dass dafür zusätzliche Gene inseriert werden müssen. Neben Anwendungen und Eigenschaften hat sich zugleich die Anzahl der betroffenen Arten stark diversifiziert. Zudem werden schon seit einiger Zeit auch Programme für künstliche Intelligenz entwickelt, die speziell für die Anwendungen der 'Neuen Gentechnik' an Pflanzen geeignet sind. Die Folgen dieser Konvergenz von Hochtechnologien sind nur schwer abschätzbar.

Generell sind die Erwartungen an die 'Neue Gentechnik' in Bezug auf Klimawandel und Welternährung hoch, dazu zählt auch verbesserte Widerstandskraft gegen Hitze und Trockenheit. Allerdings gibt es bisher keine anbaufähigen Sorten, die einen höheren Ertrag unter geänderten Umweltbedingungen ermöglichen. Sollen gentechnisch veränderte Pflanzen zum Einsatz kommen, muss davor gewarnt werden, diese zu schnell und ohne ausreichende Kontrollen einzuführen. Die Pflanzen könnten unter bestimmten Umweltbedingungen zwar gute Ergebnisse hinsichtlich bestimmter Eigenschaften liefern, aber auch zu einer möglichen Gefahr für die Ernährungssicherheit und die Umwelt werden.

1. Bisherige Erfahrungen mit transgenen Pflanzen

Transgene Pflanzen gibt es seit rund 40 Jahren. In der Praxis werden meist einzelne Gene aus Bakterien ins Erbgut der Pflanzen übertragen, um diese resistent gegen Herbizide oder giftig für bestimmte Insekten zu machen. Diese beiden Merkmale sind im Hinblick auf Nachhaltigkeit und Ernährungssicherheit sehr umstritten. Aus dieser ersten Generation gentechnisch veränderter Pflanzen gibt es drei Beispiele für Pflanzen, die in den Anbau gelangt sind und spezifische Merkmale aufweisen, die als potentiell nützlich für die Welternährung bezeichnet werden: Der sogenannte ‚Golden Rice‘ sowie Mais und Weizen, die besser an Trockenheit angepasst sein sollen.

1.1 Golden Rice

Das bekannteste Beispiel für transgene Pflanzen, das mit Vorteilen für die Welternährung verbunden sein soll, ist der sogenannte ‚Golden Rice‘. Dieser Reis weist einen erhöhten Gehalt an β-Carotin (einer Vorstufe von Vitamin A) in den Reiskörnern auf und soll zur Bekämpfung von Vitamin-A-Mangelerscheinungen eingesetzt werden, die in vielen Entwicklungsländern ein großes Problem darstellen. Der Reis wurde 2022 zum ersten Mal auf den Philippinen geerntet, der Anbau wurde aber per Gerichtsbeschluss gestoppt. Mit der Ernte aus 2022 sollen weitere Untersuchungen bezüglich seines tatsächlichen Nutzens durchgeführt werden. Trotz einer langen Entwicklungszeit über mehrere Jahrzehnte gibt es hier noch Fragezeichen: Die vorliegenden Daten aus Zulassungsanträgen zeigen eher niedrige Gehalte an β-Carotin, zudem sind hohe Verluste durch Lagerung und Kochen zu erwarten. Veröffentlichungen bestätigen zudem sehr unterschiedliche Carotingehalte, die u.a. von den jeweiligen Sorten (bzw. deren genetischem Hintergrund) abhängen. Eine Auskreuzung des Gentechnikreis in  regionale Sorten, sei es durch Kontamination von Saatgut oder durch Pollenflug auf den Feldern wäre auf den Philippinen ein ganz besonderes Problem, da hier eines der wichtigsten Zentren der biologischen Reisvielfalt liegt.

1.2 Trockentoleranter Mais von Monsanto

Maispflanzen von Monsanto / Bayer, die eine erhöhte Toleranz gegen Trockenheit aufweisen sollen, wurden für u.a. den Anbau in den USA freigegeben (MON87460). Um die Trockentoleranz zu erzielen, wurde das Gen eines bakteriellen ‚Stressproteins‘ (cold-shock protein) auf die Pflanzen übertragen. Wie genau dieses Gen in den Pflanzen wirkt, ist zwar nicht vollständig verstanden. Es wurde aber tatsächlich über höhere Ernten beim Anbau der Pflanzen unter Trockenheit berichtet. Nach aktuellen Schätzungen erfolgt der Anbau des Gentechnikmais bis dato nur auf relativ kleiner Fläche. Wie aktuelle Publikationen zeigen, scheint es hinsichtlich der Trockentoleranz im Rahmen der konventionellen Zucht noch ein großes Potential zu geben (Manigben et al., 2024; Menkir et al., 2024; Worku et al., 2024). Es stellt sich die Frage, ob der Ertrag des Gentechnik-Mais dem aus konventioneller Zucht tatsächlich überlegen ist oder ob hier einfach eine patentgeschützte Innovation, deren Verwendung exklusiv von Bayer kontrolliert werden kann, an die Stelle von traditionell gezüchteten Sorten gesetzt wurde.

1.3 HB4-Weizen

Im Jahr 2020 wurde HB4-Weizen in Argentinien zum Anbau zugelassen. Der Weizen soll bei Wassermangel einen höheren Ertrag bringen (González et al., 2020). Dazu wurde ein Gen eines sogenannten Transkriptionsfaktors aus Sonnenblumen in den Weizen übertragen. Transkriptions­faktoren regulieren kurz gesagt die Produktion von anderen Genen. Dadurch kann die Expression der betroffenen Gene (und infolgedessen auch die Produktion der entsprechenden Proteine) erhöht oder vermindert werden. Diese komplexen Funktionen sind wichtig für die Anpassung von Pflanzen an sich wechselnde Umweltbedingungen und deswegen auch für Gentechnikanwendungen interessant.

Erste Ergebnisse aus Anbauversuchen zeigten zunächst positive Ergebnisse. Demnach erzielen die Pflanzen unter Trockenstress einen um 16 Prozent höheren Ertrag. Doch offizielle Zahlen der argentinischen Behörden zeigten 2021 und 2022 einen eher verminderten Ertrag. 2024 wurden aktuelle Ergebnisse aus Feldversuchen mit HB4-Weizen veröffentlicht (Ayala et al., 2024). Auch hier wird über einen höheren Ertrag berichtet. Allerdings zeigte sich beim HB4-Weizen auf Feldern ohne Wasserdefizit eine geringere Ernte. Problematisch scheint auch, dass die HB4-Pflanzen bei sehr hohen Temperaturen zum Teil geringere Erträge brachten als die konventionellen Sorten.

Demnach ist die gentechnisch veränderte Variante nur innerhalb eines bestimmten Korridors – der Kombination von Trockenheit und mildem Hitzestress – ertragreicher als konventionelle Sorten. Grund für die Empfindlichkeit gegenüber extremer Hitze könnte eine erhöhte Verdunstung der Gentechnik-Pflanzen sein, weil die Spaltöffnungen an deren Blättern sich bei Hitze und Trockenheit später schließen als bei den konventionellen Sorten. Tatsächlich konnte bei den Gentechnik-Pflanzen im Vergleich zur Ausgangssorte eine höhere Verdunstung beobachtet werden, die auch den Wasserverbrauch messbar erhöhte. Dadurch könnten die Böden noch stärker austrocknen. Diese Ergebnisse zeigen nicht nur einen weiteren Bedarf an Forschung, sondern auch die Notwendigkeit für eine umfassende Risikobewertung, die auch extreme Umweltbedingungen miteinbeziehen.

2. Optionen der ‚Neuen Gentechnik‘

Das Feld gentechnischer Anwendungen an Pflanzen hat sich in den letzten Jahren stark erweitert. Gründe dafür sind neue Werkzeuge, mit denen die gezielte Veränderung pflanzeneigener Gene möglich geworden ist. Am bekanntesten dafür ist die ‚Gen-Schere‘ CRISPR/Cas. Während man früher eher mit ‚Gen-Bausteinen‘ gearbeitet hat, die zusätzlich in die Pflanzen eingeführt wurden, geht es jetzt oft um Eingriffe in die Regulation der pflanzeneigenen Gene. Durch die ‚Neue Gentechnik‘ können Pflanzen in ihren Eigenschaften drastisch und auch über die bekannten Merkmale einer Art hinaus verändert werden, ohne dass dafür zusätzliche Gene eingefügt werden müssen.

Zudem werden Algorithmen für künstliche Intelligenz (KI) entwickelt, die speziell für die Anwendungen der 'Neuen Gentechnik' an Pflanzen geeignet sind. Sie erhöhen die Geschwindigkeit der Entwicklung und die Bandbreite möglicher Anwendungen. Gegenstand dieser KIs sind u.a. die Identifizierung regulatorischer DNA-Sequenzen und das genetische Design für mögliche Veränderungen in der Expression der pflanzeneigenen Gene. In der Folge haben sich die Anwendungen, die angestrebten Eigenschaften und die Anzahl der betroffenen Arten stark diversifiziert. Generell sind die Erwartungen an die 'Neue Gentechnik' und NGT-Pflanzen hoch. Allerdings haben sich bisher keine konkreten Erfolge im Form von anbaufähigen Sorten ergeben. Der wichtigste Grund ist die genetische Komplexität der angestrebten Merkmale.

2.1 Eingriffsmöglichkeiten

Der Klimawandel bedeutet Stress für Pflanzen auf mehreren Ebenen. Unter Stress werden verschiedene Signalwege in den Pflanzen aktiviert, die eine ganze Reihe von Prozessen innerhalb der Zellen aktivieren, wobei oft auch die Transkriptionsfaktoren beteiligt sind. Damit soll die Genaktivität der Pflanzen an veränderte Umweltbedingungen angepasst werden. Eine wichtige Rolle spielen hierbei Signalmoleküle (oft Phytohormone), die als Informationsüberträger zwischen den Geweben von Pflanzen dienen und an der Regulation der Stressreaktion beteiligt sind. So kommt es zu Veränderungen bei Wachstum und Architektur der Pflanzen, dem Zeitpunkt der Blüte, der Frucht und Samenbildung, den Alterungsprozessen und der Photosynthese. Auch das Schließen der Spaltöffnungen auf den Blattunterseiten wird dadurch reguliert.

Die verschiedenen Signalstoffe haben häufig überlappende Funktionen und beeinflussen sich in ihrer Wirkung oft gegenseitig. Sie stehen also im ständigen Zusammenspiel, unter anderem auch, um schnell auf sich ändernde Bedingungen der Umwelt reagieren zu können. Bei ihrer Regulation spielen beispielsweise kleine RNA-Abschnitte (sog. Micro RNA/miRNA) eine entscheidende Rolle, die parallel in die Regulation mehrerer Genfunktionen eingreifen können. Die miRNA MiR529a im Reis ist bspw. an der Regulierung von fünf Transkriptionsfaktoren beteiligt, die Einfluss auf die Wuchshöhe, die Architektur der Pflanzen, die Anzahl und die Größe der Körner haben (Yan, et al., 2021). Entsprechend vielversprechend erscheint die gentechnische Veränderung dieser miRNA, deren Funktion durch die bisherigen Methoden der Züchtung kaum zu beeinflussen sind.

Doch weil diese kleinen Moleküle an so vielen und für die Pflanzen lebenswichtigen Prozessen beteiligt sind, werden bei gentechnischen Eingriffen sehr oft schwere Nebenwirkungen beobachtet. Wie aktuelle Übersichtsarbeiten zeigen, befindet sich die Entwicklung meist noch auf der Ebene der Grundlagenforschung (Chakraborty et al., 2024; Chakraborty & Wylie, 2025; Waites et al., 2025). Chakraborty et al (2024) listen beispielsweise 15 Publikationen über Versuche auf, bei denen die Reaktion von Pflanzen auf Hitze verändert wurden und 13 Publikationen in denen es um die Reaktion auf Kälte geht. Tatsächlich in den Anbau gelangt ist bisher aber noch nichts.

2.2 Risiken

Die bisherigen Ergebnisse der 'Neuen Gentechnik' mögen zwar für den Anbau nicht geeignet sein, aber sie zeigen, dass hier neue Genkombinationen und Veränderungen in der Pflanzenphysiologie erreicht werden können, die weit über die Ergebnisse der konventionellen Zucht hinausgehen. Einer der Gründe dafür sind bspw. weiter entwickelte Gen-Scheren, mit denen sich sehr spezifische Veränderungen in regulatorischen Sequenzen erzielen lassen (Zhou et al., 2023). Daraus ergeben sich Risiken: Die dahinterstehenden genetischen Netzwerke und zellulären Mechanismen haben sich über einen langen Zeitraum nebeneinander her und zusammen entwickelt, also ko-evolviert. Auch die Interaktionen in den Ökosystemen beruhen auf Ko-Evolution. Diese Netzwerke sind für die Reaktion der Pflanzen auf Umweltfaktoren, wie z.B. Krankheitserreger, Klima, Böden und ihre Interaktion mit anderen Arten, wie Bestäubern und Bodenorganismen, entscheidend.

Werden ‚neuprogrammierte‘ Organismen in großer Anzahl und innerhalb kurzer Zeiträume in die Umwelt entlassen, können diese Netzwerke empfindlich gestört, unterbrochen und geschädigt werden. Dies betrifft die Pflanzengesundheit ebenso wie die Ökosysteme, die Nahrungsnetze und die Artenvielfalt. Zudem kann es langfristige ökologische Auswirkungen weit über den Acker hinaus haben, wenn sich Gentechnik-Pflanzen mit verwandten Wildarten kreuzen. Durch spontane Kreuzungen kann es auch zu neuen Kombinationen der gentechnischen Veränderungen kommen, die zuvor nie auf Wechselwirkungen getestet wurden.

Wichtig für das Verständnis: Es geht nicht ‚nur‘ um den Schutz der biologischen Vielfalt, sondern auch um die Pflanzengesundheit der angebauten Sorten und die Lebensmittelsicherheit. Wenn die Gentechnik-Pflanzen zum Beispiel Krankheitserregern und/oder extremeren Klimabedingungen ausgesetzt sind, können diese Pflanzen wesentlich schlechter abschneiden als die aus konventioneller Zucht, weil ihre arteigene Anpassungsfähigkeit durch die gentechnische ‚Optimierung‘ beeinträchtigt sein kann.

2.3 Gentechnik nicht überbewerten

Aktuelle Publikationen zeigen nicht nur, dass der Anbau von gentechnisch veränderten Pflanzen unter bestimmten Umweltbedingungen schlechtere Ergebnisse als die konventionelle Sorte erzielt. Vielmehr wird davor gewarnt, dass unterkomplexe Ansätze zu falschen Erwartungen im Hinblick auf die Eignung von Gentechnik-Pflanzen für einen Anbau unter Hitze und Trockenheit führen können (Yeaman, 2025; Evans et al., 2025). Ein Grund: die Strategien, die Pflanzen entwickelt haben, um mit Hitze und Trockenheit zurecht zu kommen, sind wesentlich vielschichtiger als zuvor gedacht. Wird ein einzelner Schutzmechanismus gestärkt, kann dies oft auf Kosten von anderen Anpassungsmechanismen gehen (Evans et al., 2025). Das macht es extrem schwierig, aus Versuchen in Gewächshäusern oder Feldexperimenten auch auf die tatsächliche Eignung der Pflanzen unter Praxisbedingungen zu schließen. Angesichts der bisher eher enttäuschenden oder ambivalenten Ergebnisse, sind mögliche positive Effekte aus dem Einsatz der Gentechnik zwar keineswegs auszuschließen. Doch sollten die konventionelle Zucht und klimaresiliente Anbausysteme in der Landwirtschaft eine wesentlich höhere Gewichtung erhalten. Sollen gentechnisch veränderte Pflanzen zum Einsatz kommen, muss davor gewarnt werden, diese zu schnell und ohne ausreichende Kontrollen einzuführen. Diese Pflanzen können unter bestimmten Umweltbedingungen möglicherweise gute Ergebnisse, wie eine Stabilisierung der Erträge, zeigen, aber unter anderen Bedingungen zu einer Gefahr für die Ernährungssicherheit und die Umwelt werden. Je größer der scheinbare Erfolg des gentechnischen Eingriffs, desto größer scheint die potentielle Gefahr ungewollter Nebenwirkungen und das Auftreten entsprechender Risiken zu sein.

Dr. med.vet. Christoph Then ist Geschäftsführer von Testbiotech e.V. (www.testbiotech.org). Er beschäftigt sich seit rund 30 Jahren professionell mit Themen der ‚Regulatory Sciences‘ rund um die Gentechnik. Die Arbeit von Testbiotech basiert strikt auf wissenschaftlichen Grundlagen und bewertet die verfügbaren Informationen aus der Perspektive des Schutzes von Gesundheit, Umwelt und Natur. Then koordiniert zudem das internationale Bündnis „Keine Patente auf Saatgut!“ (www.no-patents-on-seeds.org).

Quellen:

Ayala et al. (2024) Introgression of the sunflower HaHB4 gene in modern wheat: An advancement in resilience to deal with climate change, bioRxiv doi: https://doi.org/10.1101/2024.10.26.620406;

Chakraborty & Wylie (2025) CRISPR/Cas9 for Heat Stress Tolerance in Rice: A Review Plant Molecular Biology Reporter, https://doi.org/10.1007/s11105-025-01564-8

Chakraborty et al. (2023) Gene editing for tolerance to temperature stress in plants: a review. Plant Gene, 37: 100439. https://doi.org/10.1016/j.plgene.2023.100439

Evans et al. (2025) Scaling plant responses to heat: From molecules to the biosphere. Science. 388(6752):1167-1173. https://doi.org/10.1126/science.adv7597

González et al. (2020) An interdisciplinary approach to study the performance of second-generation genetically modified crops in field trials: A case study with soybean and wheat carrying the sunflower HaHB4 transcription factor. Front Plant Sci, 11: 178. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00178

Manigben et al. (2024) Testcross performance and combining ability of intermediate maturing drought tolerant maize inbred lines in Sub-Saharan Africa. Front. Plant Sci. 15:1471041. doi:10.3389/fpls.2024.1471041

Menkir et al. (2024) Approaches and progress in breeding drought-tolerant maize hybrids for tropical lowlands in west and central Africa. Plant Genome. 17(2):e20437. doi:10.1002/tpg2.20437.

Waites et al. (2025) CRISPR-mediated genome editing of wheat for enhancing disease resistance. Front Genome Ed, 7: 1542487. https://doi.org/10.3389/fgeed.2025.1542487

Worku et al (2020) On-farm performance and farmers' participatory assessment of new stress-tolerant maize hybrids in Eastern Africa. Field Crops Res. 246:107693. doi:10.1016/j.fcr.2019.107693

Yan et al. (2021) MiR529a controls plant height, tiller number, panicle architecture and grain size by regulating SPL target genes in rice (Oryza sativa L.). Plant Sci, 302:110728. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2020.110728

Yeaman (2025) Can wild plant adaptations help crops tolerate heat? Science. 388(6752): 1148-1150. https://doi.org/10.1126/science.adw3673

Zhou et al. (2023) An efficient CRISPR-Cas12a promoter editing system for crop improvement. Nat Plants, 9(4): 588-604. https://doi.org/10.1038/s41477-023-01384-2