Zukunftssichere Nutzpflanzen: Kann die Genom-Editierung die Ernährungssicherheit verbessern?

Bessere Landwirtschaft nötig

Angesichts der wachsenden Bevölkerung und der damit verbundenen Klimainstabilität rückt die Frage der Ernährungssicherheit erneut in den Vordergrund. Neben diesem Risiko kommen viele weitere hinzu, die das Thema noch brisanter machen, wie etwa die anhaltende Schädigung der Artenvielfalt und das Artensterben, Umweltverschmutzung, Erosion fruchtbarer Böden, Urbanisierung von Ackerland usw.

Infolgedessen wächst der Druck auf Agronomen und Pflanzenwissenschaftler, Lösungen zu finden, die im Idealfall gleichzeitig eine Kohlenstoffbindung, eine erhöhte Nahrungsmittelproduktion und eine geringere Auswirkung auf Ackerland ermöglichen.

„Wenn wir das nicht hinbekommen, glaube ich, dass alles andere wirklich, wirklich wichtig ist.“

US-Außenminister Anthony Blinken beim Global Solutions for Food Security Event in New York im September 2023

Eines der vielversprechendsten Werkzeuge ist die Gentechnik, die jedoch einen anderen Schwerpunkt als die bisherige Genomeditierung von Nutzpflanzen hat. Während der Fokus bisher auf der Erzielung höherer Erträge um jeden Preis und unter hohem Chemikalieneinsatz lag, könnten fortschrittlichere Methoden höhere Erträge auch mit nachhaltigeren Ergebnissen verbinden.

Dieses Argument entwickelte Stephen Long, Professor für Pflanzenwissenschaften und Pflanzenbiologie an der University of Illinois Urbana-Champaign, in einer Veröffentlichung¹ mit dem Titel "Bedarf und Möglichkeiten zur Zukunftssicherung von Nutzpflanzen und zur Nutzung von Anbausystemen zur Eindämmung des atmosphärischen Wandels".

Ein sich verändernder Planet

Ein düsteres Bild?

Bevor wir über Anpassungsmaßnahmen sprechen, müssen wir verstehen, was sich verändert. Das Bild ist äußerst komplex. Die globale Erwärmung wird voraussichtlich nicht nur die durchschnittlichen Bedingungen verändern und manche Gebiete fruchtbarer, andere weniger fruchtbar machen, sondern auch die Häufigkeit und Schwere extremer Ereignisse erhöhen.

Hierzu zählen extreme Temperaturen, Dürren, Überschwemmungen und Ozonwerte an der Erdoberfläche. All diese Faktoren können die Ernteerträge dramatisch beeinträchtigen, und zwar sogar stärker als eine allgemeine Veränderung der durchschnittlichen Bedingungen, für die eine Änderung der landwirtschaftlichen Methoden ausreichen könnte.

Der atmosphärische CO2-Gehalt erreichte 427 2024 ppm und dürfte bis 600/2050 bei etwa 2060 ppm liegen. In einem solchen Szenario könnte die globale Durchschnittstemperatur bis 1.2/2050 um weitere 60 °C steigen, also bis zu 2.7 °C über dem vorindustriellen Niveau.

Was Nahrungsmittel betrifft, wird die Welt bis 35 zwischen 56 und 2050 Prozent mehr Nahrungsmittel benötigen. Grund dafür sind der steigende Pro-Kopf-Verbrauch, die wachsende Bevölkerung und die zunehmende Verschwendung bei der Lebensmittelproduktion, da immer mehr Menschen in die Städte ziehen.

Zusammen mit den erwarteten Ernteausfällen durch Extremwetterereignisse und Klimaveränderungen bedeutet dies, dass sich die weltweite Nahrungsmittelproduktion bis 2050 fast verdoppeln muss.

Nicht alle schlechten Nachrichten

Der steigende CO2-Gehalt, der durch den Klimawandel entsteht, hat jedoch auch einen positiven Effekt: Er stimuliert das Pflanzenwachstum. In Gewächshäusern werden erhöhte CO2-Konzentrationen routinemäßig eingesetzt, um die Erträge zu steigern.

„Moderne Elite-Sorten von Reis und Sojabohnen weisen bei einem Anstieg des CO30-Gehalts auf das erwartete Niveau von 2–2050 eine Ertragssteigerung von etwa 60 % auf.

Bei C4-Pflanzen – Mais und Sorghum – ist kein Ertragsanstieg zu verzeichnen, da sie bereits bei den heute bereits erhöhten Konzentrationen mit CO2 gesättigt sind.“

Dies gilt insbesondere für Pflanzen mit C3-Stoffwechsel, zu denen die meisten nicht-tropischen Nutzpflanzen gehören und die einen großen Teil der Grundnahrungsmittel der Welt ausmachen (C4-Pflanzen haben einen anderen Stoffwechsel, bei dem CO2 vor der Photosynthese im Blatt konzentriert wird, daher ist es verständlich, dass die CO02-Werte in der Umgebung für sie weniger relevant sind).

Quelle: GfürG

Eine weitere gute Nachricht ist, dass eine Verdoppelung der Ernteerträge nicht nur möglich ist, sondern zumindest bei einigen spezifischen Kulturpflanzen bereits umgesetzt wird.

So haben beispielsweise die massiven Investitionen der Agrarkonzerne in Forschung und Entwicklung den Maisertrag bereits verdoppelt, während andere Grundnahrungsmittel wie Reis, Weizen, Kartoffeln und Sorghumhirse (wichtig in Afrika und tropischen Regionen) hinterherhinken.

Quelle: Verlag der Royal Society

Umgang mit landwirtschaftlichen Problemen

Ozon in niedrigen Höhen

Troposphärisches Ozon (O3) ist ein sekundärer Schadstoff, der durch die Einwirkung von Sonnenlicht auf flüchtige organische Verbindungen und Stickoxide in verschmutzten Luftmassen entsteht.

Heute sind Werte von über 100 ppb in ländlichen Gebieten des US-amerikanischen Maisgürtels häufig zu finden, wobei die Werte in den wichtigsten Anbaugebieten Chinas und Indiens noch deutlich höher sind.

Ozon führt in den USA bereits zu Ernteausfällen von 5 % bei Sojabohnen und etwa 10 % bei Mais. Dies verursacht jährliche Kosten von rund 9 Milliarden Dollar. Insgesamt könnte dies zu Ernteausfällen von bis zu 10 % weltweit führen.

Genetische Veränderungen der Pflanzenanatomie, insbesondere der Stomata (Lufteinlassstellen in die Blätter), könnten die Ozondurchdringung und -schädigung verringern. Bei steigender CO2-Konzentration dürften weniger geöffnete Stomata die Photosyntheseeffizienz nicht drastisch beeinträchtigen.

Quelle: Wissenschaftliche Fakten

Eine Steigerung der Produktion von Antioxidantien in der Pflanze könnte auch dazu beitragen, die Oxidation durch Ozonmoleküle zu verringern und die allgemeine Stressresistenz der Pflanze zu verbessern.

Dürre und Wasserverbrauch

Höhere Temperaturen und extremere Wetterbedingungen werden voraussichtlich zu mehr Wasserknappheit führen.

Bis 2050 dürften die weltweiten Ertragsverluste durch Dürre beim Mais von durchschnittlich 21.3 % im Zeitraum 12.0–1961 auf 2006 % steigen, beim Weizen von 9.6 % auf 15.5 %.

Der Anteil der von Dürre betroffenen Regionen wird in Afrika und Ozeanien am stärksten steigen, von derzeit 22 % bzw. 15 % auf 59 % bzw. 58 % bis zum Ende des Jahrhunderts.

Auch hier könnte eine geringere Spaltöffnungsweite dazu beitragen, den Wasserbedarf der Pflanzen zu senken und den Stress bei Dürreperioden zu verringern.

Das Ergebnis war eine 15-prozentige Verbesserung der Wassereffizienz auf Blattebene bei im Freiland angebautem Tabak und eine 30-prozentige Verringerung des Wasserverbrauchs der gesamten Pflanze. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit, mit der Tabak genetisch verändert werden kann, wird er oft als Testobjekt für die Erforschung von Veränderungen genutzt, die bei einer Vielzahl anderer Pflanzen angewendet werden können.

Gentechnik wie die Einführung von Bacillus subtilis Die Verabreichung von Kälteschockprotein B (cspB) an die Pflanze kann die Dürreresistenz verbessern, wurde jedoch bisher noch nicht kommerziell eingesetzt.

Förderung der Kohlenstoffbindung

Pflanzen sind letztlich Maschinen, die Wasser, CO2 und Sonnenlicht in organische Materie umwandeln. Nur 50 % der Biomasse von Nutzpflanzen wird geerntet, der Rest bleibt in Form von Stängeln oder Wurzeln übrig.

Wenn diese organische Substanz im Boden verbleiben könnte, anstatt sich innerhalb weniger Jahre zu zersetzen, würde dies die Netto-Kohlenstoffsenke der Erde um 50 % erhöhen.

Tiefere Wurzeln in Kombination mit pfluglosen Anbaumethoden könnten die Lösung sein. Wenn durch genetische Manipulation oder spezielle Züchtungsprogramme stärkere Wurzelsysteme geschaffen werden, werden mehrere Mechanismen gleichzeitig aktiviert:

• Verbesserung der Bodenqualität und seiner Wasserspeicherfähigkeit.
• Verbessert die Widerstandsfähigkeit der Pflanze gegen Dürre und sorgt dafür, dass die Kohlenstoffaufnahme jederzeit höher bleibt.

Eine Veränderung der Zellwandzusammensetzung durch mehr Lignin und mehr lange Kohlenstoffmoleküle könnte die entstehende tote organische Substanz zudem wesentlich widerstandsfähiger gegen Zersetzung machen und Kohlenstoff für Jahrzehnte oder sogar Jahrhunderte und länger unter der Erde binden.

Schließlich könnte ein noch proaktiverer Ansatz verfolgt werden, mit dem Ziel, Kohlenstoff im industriellen Maßstab direkt zu „bewirtschaften“ und zu binden. Wissenschaftler haben hochproduktive C4-Mehrjahresgräser identifiziert wie Miscanthus × Giganteus oder Rutenhirse (Panicum virgatum) und Prärie-Schlickgras (Spartina pectinata), wodurch pro Hektar jährlich bis zu 130 Tonnen CO2 gebunden werden können, bei manchen Sorten sogar noch mehr.

Mithilfe von BECCS (Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung) könnte diese Biomasse zur Stromerzeugung verbrannt und das entstehende CO2 aufgefangen und in tiefe unterirdische Speicher geleitet werden.

Quelle: Penn State University

Erlass geeigneter Regelungen

Mit Widersprüchen umgehen

Ein Problem beim großflächigen Einsatz solcher veränderten Nutzpflanzen, die trotz des Klimawandels entweder den Ertrag steigern oder sogar zu seiner Eindämmung beitragen können, besteht darin, dass hierfür mit Sicherheit gentechnisch veränderte Nutzpflanzen verwendet werden müssen.

In diesem Zusammenhang kann die Zurückhaltung großer Regionen gegenüber der Nutzung solcher Nutzpflanzen ein großes Hindernis für biotechnologische Lösungen zur Bekämpfung des Klimawandels und der Nahrungsmittelknappheit darstellen.

Dies gilt insbesondere für die EU, die gentechnisch veränderte Pflanzen oft gänzlich verbietet. Doch auch andere Regionen tendieren dazu, gentechnisch veränderte Pflanzen vollständig aus Bio-Siegeln zu verbannen, obwohl sie strenge Ziele zur Erhöhung des Bio-Anteils ihrer Landwirtschaft verfolgen.

Im aktuellen Gesetzeskontext könnte der Schutz der Umwelt durch mehr ökologische Landwirtschaft also bedeuten, dass die Umwelt durch fehlende Ertragssteigerungen und eine erhöhte Kohlenstoffbindung geschädigt wird.

Dies war Thema einer Veröffentlichung im renommierten Wissenschaftsmagazin Cell² mit dem Titel "Neue genomische Techniken in der ökologischen Produktion: Überlegungen zu einer wissenschaftlich fundierten, wirksamen und akzeptablen EU-Regulierung".

CRISPR und andere neue Genomtechniken (NGTs)

Ein Schlüsselproblem besteht darin, zu unterscheiden neue genomische Techniken (NGTs) von den älteren, primitiveren Methoden, die früher zur Herstellung von GVO verwendet wurden.

Zu dieser viel kontrollierteren und präziseren Methode der Gentechnik gehören CRISPR-Cas9, die ortsgerichtete Nuklease-Technologie (SDN), die Oligonukleotid-gerichtete Mutagenese (ODM) und die RNA-abhängige DNA-Methylierung (RdDm).

Im Gegensatz zum Einfügen eines fremden Gens in eine Pflanze kann mit NGT entweder eine gezielte Mutation erzeugt werden, die auch auf natürliche Weise hätte auftreten können, oder Material aus einer Pflanze eingefügt werden, das sich auf natürliche Weise mit der Zielpflanze gekreuzt haben könnte.

„Der ökologische Landbau kann eine wichtige Rolle beim Übergang zu nachhaltigeren Nahrungsmittelsystemen spielen,

Ein stärkerer Fokus auf Effizienz und Widerstandsfähigkeit kann durch die Einführung einer größeren Vielfalt an Nutzpflanzen erreicht werden, deren Entwicklung durch NGTs erleichtert und beschleunigt werden kann.“

Obwohl NGTs nicht völlig „natürlich“ sind, schaffen sie auch nichts Neues, das niemals spontan hätte entstehen können, sondern sie „lenken lediglich die Hand der Natur“.

Vertreter dieser Position vertreten die Ansicht, dass es notwendig sei, die Natur der NGTs zu verstehen und differenzierte Unterscheidungen zwischen den in Betracht gezogenen Technologien (GVO versus NGTs) zu treffen.

Können sich Bio-Labels an NGTs anpassen?

Ein wichtiger Grund dafür, dass Regulierungsbehörden und Öffentlichkeit selbst „natürliche“ NGTs nur zögerlich in das Bio-Label aufnehmen, besteht darin, dass dies die Wahrnehmung dieses Labels stark schädigen könnte.

Stattdessen schlagen die Autoren des Papiers vor, gekennzeichnete Systeme mit der Bezeichnung „Bio + NGT“ zu schaffen, die deutlich machen, dass es sich nicht nur um das System des „klassischen ökologischen“ Landbaus handelt, sondern auch nicht um die üblichen GVO.

Wenn der ökologische Landbau eine geförderte Form der landwirtschaftlichen Produktion in der EU ist, müssten bei der Bewertung der Erreichung der ökologischen Ziele in der EU alle Formen der ökologischen Produktion (einschließlich NGT+) akzeptiert werden.

Dies könnte den Weg für eine breitere Verbreitung biologischer Anbaumethoden ebnen, ohne dass dabei die Erträge sinken. Zumal Bio-Siegel weit über die Pflanzensorte hinausgehen und auch die Anbaumethoden wie Pestizid- und Herbizideinsatz, Pflug- und Pflanzmethoden usw. berücksichtigen.

Abschließende Gedanken zur Genom-Editierung und landwirtschaftlichen Resilienz

Veränderte klimatische Bedingungen und eine steigende Nachfrage nach Nahrungsmitteln stellen sowohl ein großes Risiko als auch eine große Chance dar.

Einerseits könnte dies enormes menschliches Leid und ökologische Schäden verursachen. Andererseits könnte es der Impuls sein, der uns ermutigt, bessere und nachhaltigere Formen der Landwirtschaft zu schaffen.

Dies wird wahrscheinlich durch eine gewisse Veränderung der Genetik unserer Nutzpflanzen geschehen, so wie es seit den Anfängen der Landwirtschaft der Fall ist.

Neue Genomiktechniken können nun die Fülle genomischer Daten nutzen, die in den letzten Jahrzehnten angesammelt wurden, um widerstandsfähigere und produktivere Pflanzen zu züchten.

Gleichzeitig müssen sich auch unsere Vorschriften und unsere Wahrnehmung der Gentechnik weiterentwickeln. Um die Umwelt zu schützen, müssen wir Vorurteile gegenüber GVO überwinden, die entstanden sind, als die Gentechnik noch relativ primitiv war.

Dies bedeutet nicht, dass wir unsere Biosphäre unkontrolliert verändern sollten, aber ein offenerer und vorsichtigerer Ansatz, bei dem alle verfügbaren neuen Instrumente genutzt werden, könnte die bestmöglichen Ergebnisse liefern und gleichzeitig die meisten Risiken mindern.

Innovator der Pflanzengentechnik

Corteva

Corteva ist ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich Agrartechnologie, insbesondere Chemikalien und Saatgut. Das Unternehmen ist auch sehr aktiv in neuen Agrartechnologien wie der Robotik.

Mit einem Nettoumsatz von 17.2 Milliarden Dollar im Jahr 2023, über 22,500 Mitarbeitern und über 10,000,000 Kunden gehört das Unternehmen zusammen mit den US-Konkurrenten Bayer und Syngenta zu den größten seiner Branche.

Insgesamt – und möglicherweise als Ausdruck eines tieferen Trends des geringeren Verbrauchs und des zunehmenden Wettbewerbs – sind die Verkäufe von Chemikalien (Pestizide, Herbizide usw.) im Jahr 2024 zurückgegangen, während die Saatgutverkäufe gestiegen sind.

Quelle: Corteva

Bei genauerer Betrachtung liegt das Kerngeschäft von Corteva im Saatgutbereich auf Mais und Sojabohnen, die den Großteil des Umsatzes des Unternehmens in diesem Segment ausmachen. Besonders hervorzuheben ist Cortevas Sojabohne „Enlist E3“, mit Resistenzen gegen drei Herbizide (3-D-Cholin, Glyphosat und Glufosinat), ist von unter 2,4 % im Jahr 5 auf über 2019 % des US-Marktes gewachsen.

Im Bereich Pflanzenschutz/Chemie entfielen mehr als die Hälfte des Umsatzes auf Herbizide, der Rest bestand hauptsächlich aus Insektiziden und Fungiziden.

Corteva hat sein aktuelles Geschäft auf der traditionellen industriellen Landwirtschaft aufgebaut, die noch immer eine sehr profitable Tätigkeit darstellt, die das aktuelle F&E-Budget trägt.

Wie wir jedoch hier und in einem früheren „FZukunft der Landwirtschaft”-Artikel eröffnen sich neue Möglichkeiten, allen voran Corteva:

• Gen-Bearbeitung der bestehenden Kulturpflanzen, einschließlich unter Verwendung der CRISPR-Technologie.
• Ein Innovationszentrum für Ag-Tech-Startups, Corteva-Katalysator. "Eine Plattform für maschinelles Lernen unterstützt die Bemühungen, den Sektor zu strukturieren und Technologien zu identifizieren, die für die Forschungsprioritäten von Corteva relevant sind."
• Biostimulanzien, biologische Schädlingsbekämpfung und andere Produkte natürlichen Ursprungs wie Insektenpheromone mit nachgewiesener und vorhersehbarer Leistung.
• Stickstofffixierende Bakterien (BlueN™ oder Utrisha™ N), um besonders chemiefreien Dünger herzustellen.
• Mit Vitamin A biologisch angereichertes Getreide zur Verbesserung der Ernährung in armen Ländern.
• Laufroboter für Reihenkulturen.
• Experimente mit der Implementierung von KI in landwirtschaftlichen Betrieben, vom Obstpflücken bis zur Identifizierung der besten Pflanzen für die Merkmalsauswahl zur Saatgutproduktion.
• Vollständige Suite an Softwarelösungen, von Landbilddaten über Farmmanagementsoftware bis hin zur Überwachung und dem Verkauf von Emissionszertifikaten.

Corteva untersucht außerdem aktiv die zukünftig steigende Nachfrage nach grünen Biokraftstoffen und Spezialproteinen, die bis 10 jeweils einen adressierbaren Markt von 30 bis 2035 Milliarden US-Dollar darstellen.

Quelle: Corteva

Insgesamt gesehen ist Corteva zwar ein Gigant der „alten“ industriellen Landwirtschaftsmethoden, ist sich aber auch der Veränderungen in der Branche bewusst und positioniert sich, um ein ebenso großes und erfolgreiches Unternehmen zu werden, das sich an die raschen Veränderungen in der Landwirtschaftspraxis anpasst.

Aktuelle Nachrichten und Entwicklungen zur Corteva (CTVA)-Aktie

Zitierte Studien

<sup>1. Long Stephen P. (2025) Bedarf und Möglichkeiten zur Zukunftssicherung von Nutzpflanzen und zur Nutzung von Anbausystemen zur Abschwächung des atmosphärischen Wandels. Phil. Trans. R. Soc., 29. Mai 2025. http://doi.org/10.1098/rstb.2024.0229
2. Molitorisová, Alexandra, et al. (2025) Neue genomische Techniken in der ökologischen Produktion: Überlegungen zu einer wissenschaftlich fundierten, wirksamen und akzeptablen EU-Regulierung. Cell Reports Sustainability, 30. Mai 2025. https://www.cell.com/cell-reports-sustainability/fulltext/S2949-7906(25)00101-6</sup>