Zukunftssichere Nutzpflanzen: Kann Gen‑Editing die Ernährungssicherheit bewältigen?

Bessere Landwirtschaft erforderlich

Da unsere Zivilisation mit dem Zusammentreffen von wachsender Bevölkerung und klimatischer Instabilität konfrontiert ist, rückt die Frage der Ernährungssicherheit wieder in den Vordergrund der zu bewältigenden wichtigen Themen. Zu diesem Risiko kommen noch weitere Faktoren hinzu, die das Problem noch sensibler machen, wie die anhaltende Schädigung der Biodiversität und das Artensterben, Verschmutzung, Erosion fruchtbarer Böden, Urbanisierung von Ackerland usw.

Infolgedessen steigt der enorme Druck auf Agronomen und Pflanzenwissenschaftler, Lösungen zu liefern, die idealerweise gleichzeitig Kohlenstoffbindung, erhöhte Nahrungsproduktion und reduzierte Auswirkungen auf Ackerland ermöglichen.

„Wenn wir das nicht richtig machen, glaube ich ehrlich gesagt, dass sonst nichts wirklich, wirklich wichtig ist”
U.S. Secretary of State Anthony Blinken at the Global Solutions for Food Security Event in New York in September 2023

Eines der vielversprechendsten Werkzeuge ist die Gentechnik, jedoch mit einem anderen Fokus als das frühere Crop‑Gene‑Editing. Während der frühere Fokus darauf lag, höhere Erträge um jeden Preis und in Verbindung mit starkem Chemikalieneinsatz zu erzielen, könnten fortschrittlichere Methoden höhere Produktion mit nachhaltigeren Ergebnissen verbinden.

Dieses Argument wurde von Stephen Long, Professor für Nutzpflanzenswissenschaften und Pflanzenbiologie an der University of Illinois Urbana‑Champaign, in einer Veröffentlichung¹ mit dem Titel “Bedürfnisse und Chancen, Nutzpflanzen zukunftssicher zu machen und Pflanzensysteme zur Abschwächung des atmosphärischen Wandels zu nutzen” entwickelt.

Ein sich verändernder Planet

Ein düsteres Bild?

Bevor wir darüber diskutieren, wie wir uns anpassen können, müssen wir verstehen, was sich ändert, und das Bild ist äußerst komplex. Es wird erwartet, dass die globale Erwärmung nicht nur die durchschnittlichen Bedingungen verändert, wodurch einige Gebiete fruchtbarer und andere weniger fruchtbar werden, sondern auch die Häufigkeit und Schwere extremer Ereignisse erhöht.

Dazu gehören extreme Temperaturen, Dürre, Überschwemmungen und Oberflächenozonwerte, die alle die Ernteerträge dramatisch beeinträchtigen können, sogar stärker als eine allgemeine Veränderung der Durchschnittsbedingungen, für die eine Änderung der landwirtschaftlichen Methoden ausreichen könnte.

Der atmosphärische CO₂‑Gehalt erreichte 2024 427 ppm und wird bis 2050‑2060 voraussichtlich etwa 600 ppm betragen. In einem solchen Szenario könnte die globale Durchschnittstemperatur bis 2050‑2060 um weitere 1,2 °C steigen, bis zu 2,7 °C über dem vorindustriellen Niveau.

Bezüglich der Nahrung wird die Welt bis 2050 zwischen 35 % und 56 % mehr Lebensmittel benötigen, bedingt durch steigenden Pro‑Kopf‑Verbrauch, wachsende Bevölkerung und erhöhte Lebensmittelverschwendung, da immer mehr Menschen in Städte ziehen.

Kombiniert man dies mit den erwarteten Ernteverlusten durch extreme Ereignisse und Klimaveränderungen, entspricht das im Wesentlichen einer fast Verdopplung der globalen Nahrungsproduktion bis 2050.

Nicht alles ist schlechte Nachricht

Allerdings hat das steigende CO₂, das dem Klimawandel zugrunde liegt, einen positiven Effekt: Es stimuliert das Pflanzenwachstum. Tatsächlich werden erhöhte CO₂‑Konzentrationen routinemäßig in Gewächshäusern eingesetzt, um Erträge zu steigern.

„Moderne Elite‑Sorten von Reis und Soja zeigen Ertragssteigerungen von etwa 30 % bei einer Erhöhung des CO₂‑Niveaus auf die erwarteten Werte für 2050‑2060.
C4‑Pflanzen – Mais und Sorghum – zeigen keinen Ertragszuwachs, da sie bereits bei den heute bereits erhöhten CO₂‑Werten gesättigt sind.”

Dies gilt besonders 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 besitzen einen anderen Stoffwechsel, bei dem CO₂ im Blatt vor der Photosynthese konzentriert wird, sodass die Umgebungskonzentration für sie weniger relevant ist).

Quelle: GforG

Eine weitere gute Nachricht ist, dass die Verdopplung der Ernteerträge nicht nur möglich ist, sondern bereits bei einigen spezifischen Nutzpflanzen umgesetzt wurde.

Zum Beispiel haben massive F&U‑Investitionen von Agrarkonzernen bereits den Ertrag von Mais verdoppelt, während andere Grundnahrungsmittel wie Reis, Weizen, Kartoffeln und Sorghum (wichtig in Afrika und tropischen Regionen) hinterherhinken.

Quelle: Royal Society Publishing

Umgang mit landwirtschaftlichen Problemen

Niedriges Ozon in niedriger Höhe

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

Heute können Werte von >100 ppb häufig in ländlichen Gebieten des US‑Maisgürtels gefunden werden, mit deutlich höheren Werten in den wichtigsten Anbaugebieten Chinas und Indiens.

„Ozon verursacht bereits 5 % Verluste bei Soja und etwa 10 % bei Mais in den USA, was jährlich rund 9 Milliarden $ kostet. Insgesamt könnte dies zu einem Verlust von bis zu 10 % der globalen Ernten führen.“

Genetische Modifikationen der Pflanzenanatomie, insbesondere der Stomata (Öffnungen, die Luft in die Blätter lassen), könnten die Ozonpenetration und -schäden reduzieren. Mit steigender CO₂‑Konzentration sollte ein geringerer Stomata‑Öffnungsgrad die Photosyntheseeffizienz nicht drastisch beeinträchtigen.

Quelle: ScienceFacts

Die Steigerung der Antioxidansproduktion in der Pflanze könnte ebenfalls helfen, die Oxidation durch Ozonmoleküle zu reduzieren und die allgemeine Pflanzenresistenz gegenüber Stress zu verbessern.

Dürre und Wasserverbrauch

Höhere Temperaturen und extremere Wetterbedingungen werden voraussichtlich mit mehr Wasserknappheit einhergehen.

Bis 2050 sollen die globalen Ertragsverluste durch Dürre bei Mais auf 21,3 % steigen, verglichen mit einem vorherigen Durchschnitt von 12,0 % für den Zeitraum 1961–2006, und bei Weizen von 9,6 % auf 15,5 %.

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

Auch hier könnte ein geringeres Öffnen der Stomata den Wasserbedarf der Pflanzen senken und Stress während Dürreperioden reduzieren.

„Das Ergebnis war eine 15 %ige Verbesserung der Wasserverbrauchseffizienz auf Blattebene bei feldgezüchtetem Tabak und ein 30 %iger Rückgang des Wasserverbrauchs der gesamten Pflanze. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit, mit der Tabak genetisch modifiziert werden kann, wird er häufig als Testplattform für Veränderungen verwendet, die in einer Vielzahl anderer Pflanzen eingesetzt werden können.“

Genetische Verfahren wie die Einführung von Bacillus subtilis Kälteschockprotein B (cspB) in die Pflanze können die Dürre‑Resistenz verbessern, wurden jedoch noch nicht in kommerzielle Anwendungen übertragen.

Steigerung der Kohlenstoffbindung

Letztendlich sind Pflanzen Maschinen, die Wasser, CO₂ und Sonnenlicht in organische Substanz umwandeln. Nur 50 % der Biomasse von Nutzpflanzen werden geerntet, der Rest verbleibt als Stängel oder Wurzeln.

Würde diese organische Substanz im Boden verbleiben, anstatt sich in wenigen Jahren zu zersetzen, könnte das die netto terrestrische Kohlenstoffsenke um 50 % erhöhen.

Tiefere Wurzeln in Kombination mit konservierender Bodenbearbeitung (No‑Till) könnten die Antwort sein, wobei mehrere Mechanismen gleichzeitig aktiviert werden, wenn stärkere Wurzelsysteme entweder durch genetische Manipulation oder gezielte Züchtungsprogramme entwickelt werden:

• Verbesserung der Bodenqualität und seiner Fähigkeit, Wasser zu speichern.
• Verbesserung der Trockenheitsresistenz der Pflanze, wodurch die Kohlenstoffaufnahme jederzeit höher bleibt.

Eine Veränderung der Zellwandzusammensetzung, mit mehr Lignin und längeren Kohlenstoffmolekülen, könnte die entstehende tote organische Substanz deutlich widerstandsfähiger gegen Zersetzung machen und Kohlenstoff für Jahrzehnte, sogar Jahrhunderte und länger unterirdisch binden.

Schließlich könnte ein noch proaktiverer Ansatz verfolgt werden, mit dem Ziel, Kohlenstoff auf industriellem Niveau direkt zu „farmen“ und zu binden. Wissenschaftler haben hochproduktive C4‑perennierende Gräser wie Miscanthus × giganteus oder Switchgrass (Panicum virgatum) und Prairie‑Cordgrass (Spartina pectinata) identifiziert, die bis zu 130 Tonnen CO₂ pro Hektar in einem Jahr binden können, bei manchen Sorten sogar noch mehr.

Durch den Einsatz von BECCS (Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung) könnte diese Biomasse verbrannt werden, um Strom zu erzeugen, wobei das entstehende CO₂ abgeschieden und in tiefe unterirdische Lagerstätten transferiert wird.

Quelle: Penn State University

Geeignete Regelungen schaffen

Widersprüche navigieren

Ein Problem bei der großflächigen Einführung solcher modifizierten Nutzpflanzen, die entweder Erträge trotz Klimawandel erzielen oder sogar zu dessen Abschwächung beitragen können, ist, dass sie mit Sicherheit den Einsatz von GMO‑Pflanzen erfordern.

In diesem Kontext kann die Zurückhaltung wichtiger Regionen, solche Pflanzen zu nutzen, ein großes Hindernis für biotechnologisch getriebene Lösungen gegen den Klimawandel und die Nahrungsmittelknappheit darstellen.

Dies gilt besonders für die EU, die häufig GMO‑Pflanzen komplett verbietet. Aber auch andere Regionen neigen dazu, GMOs vollständig von Bio‑Labels auszuschließen, obwohl sie strenge Ziele haben, den Anteil ihrer Landwirtschaft, der unter das Bio‑Label fällt, zu erhöhen.

Im aktuellen legislativen Kontext könnte der Umweltschutz durch mehr Bio‑Landwirtschaft bedeuten, die Umwelt zu schädigen, indem verbesserte Erträge und eine gesteigerte Kohlenstoffbindung verpasst werden.

Dies war Gegenstand einer Veröffentlichung in der renommierten Fachzeitschrift Cell² mit dem Titel “Neue genomische Techniken in der Bio‑Produktion: Überlegungen für wissenschaftlich fundierte, effektive und akzeptable EU‑Regulierung”.

CRISPR und andere neue genomische Techniken (NGTs)

Ein zentrales Thema ist, neue genomische Techniken (NGTs) von den älteren, weniger präzisen Methoden zu unterscheiden, die zuvor zur Erzeugung von GMOs verwendet wurden.

Diese deutlich kontrolliertere und präzisere Methode der Gentechnik umfasst CRISPR‑Cas9, standortgerichtete Nukleasentechnologie (SDN), Oligonukleotid‑gerichtete Mutagenese (ODM) und RNA‑abhängige DNA‑Methylierung (RdDm).

Im Gegensatz zum Einfügen eines fremden Gens in eine Pflanze kann NGT entweder eine gezielte Mutation erzeugen, die natürlich auftreten könnte, oder Material von einer Pflanze einfügen, die sich natürlich mit der Zielkultur gekreuzt haben könnte.

„Die Bio‑Landwirtschaft kann eine wichtige Rolle beim Übergang zu nachhaltigeren Ernährungssystemen spielen,
Ein stärkerer Fokus auf Effizienz und Resilienz kann durch die Einführung einer größeren Vielfalt an Nutzpflanzen erreicht werden, deren Entwicklung durch NGTs erleichtert und beschleunigt werden kann.“

Obwohl sie also nicht vollständig „natürlich“ sind, erzeugen NGTs nichts völlig Neues, das nie spontan hätte entstehen können, sondern „lenken lediglich die Hand der Natur“.

Befürworter dieser Position vertreten die Ansicht, dass es notwendig ist, die Natur von NGTs zu verstehen und differenzierte Unterscheidungen zwischen den in Betracht gezogenen Technologien (GMOs versus NGTs) zu treffen.

Können Bio‑Labels sich an NGTs anpassen?

Ein wichtiger Grund, warum Regulierungsbehörden und die Öffentlichkeit zögern, selbst „natürliche“ NGTs in das Bio‑Label aufzunehmen, ist, dass dies die Wahrnehmung dieses Labels stark beschädigen könnte.

Stattdessen schlagen die Autoren des Papiers gekennzeichnete Programme „organic + NGT“ vor, die deutlich machen, dass es sich nicht nur um das „klassische Bio“-Landwirtschaftsschema handelt, sondern auch nicht um die üblichen GMOs.

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

Dies könnte den Weg zu einer breiteren Verbreitung von Bio‑Anbaumethoden ebnen, ohne Erträge zu opfern. Besonders da Bio‑Labels weit über die reine Pflanzensorte hinausgehen und auch Anbaumethoden wie Pestizid‑ und Herbizideinsatz, Pflügen und Aussaatmethoden usw. umfassen.

Abschließende Gedanken zu Gen‑Editing und landwirtschaftlicher Resilienz

Veränderte klimatische Bedingungen und ein steigender Nahrungsbedarf stellen sowohl ein großes Risiko als auch eine große Chance dar.

Einerseits könnte es zu enormem menschlichem Leid und ökologischen Schäden führen. Andererseits könnte es den Impuls geben, bessere und nachhaltigere Formen der Landwirtschaft zu schaffen.

Dies wird wahrscheinlich durch eine Modifikation der Genetik unserer Nutzpflanzen geschehen, wie es seit Beginn der Landwirtschaft der Fall ist.

Neue genomische Techniken können nun den Reichtum an Genomdaten, die in den letzten Jahrzehnten angesammelt wurden, nutzen, um robustere und produktivere Pflanzen zu erzeugen.

Gleichzeitig müssen sich unsere Regelungen und die Wahrnehmung der Gentechnik weiterentwickeln. Das ultimative Ziel, die Umwelt zu schützen, muss Vorurteile gegenüber GMOs überwinden, die entstanden sind, als die Gentechnik noch relativ primitiv war.

Das bedeutet nicht, dass unkontrollierte Modifikationen unserer Biosphäre ungehindert voranschreiten sollten, sondern dass ein offener und sorgfältiger Ansatz, der alle verfügbaren neuen Werkzeuge nutzt, die bestmöglichen Ergebnisse liefern und gleichzeitig die meisten Risiken mindern könnte.

Pionier der pflanzlichen Gentechnik

Corteva

Corteva ist ein globaler Marktführer im Bereich Agrartechnologie, insbesondere bei Chemikalien und Saatgut. Das Unternehmen ist zudem sehr aktiv in neuen Agrartechnologien wie Robotik.

Mit einem Nettoumsatz von 17,2 Mrd. $ im Jahr 2023, über 22.500 Mitarbeitenden und mehr als 10.000.000 Kund*innen gehört das Unternehmen zusammen mit den US‑Konkurrenten Bayer und Syngenta zu den größten seiner Branche.

Insgesamt, und möglicherweise ein Spiegelbild eines tieferen Trends von reduziertem Konsum und steigender Konkurrenz, sind die Umsätze für 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 bei Mais und Soja, was den Großteil des Unternehmensumsatzes in diesem Segment ausmacht. Besonders bemerkenswert ist Cortevas „Enlist E3“-Soja, das gegen drei Herbizide (2,4‑D‑Cholin, Glyphosat und Glufosinat) resistent ist und von unter 5 % im Jahr 2019 auf über 65 % des US‑Marktes angewachsen ist.

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

Corteva hat sein derzeitiges Geschäft um die traditionelle industrielle Landwirtschaft herum aufgebaut, die nach wie vor eine sehr rentable Tätigkeit ist und das aktuelle F&U‑Budget trägt.

Wie wir hier und in einem vorherigen „Zukunft der Landwirtschaft“-Artikel diskutiert haben, eröffnen sich neue Möglichkeiten, wobei Corteva die Führung übernimmt:

• Gen‑Editing bestehender Nutzpflanzen, einschließlich unter Verwendung der CRISPR‑Technologie.
• Ein Innovationszentrum für Ag‑Tech‑Start‑ups, Corteva Catalyst. „Eine Machine‑Learning‑Plattform unterstützt bei der Analyse des Sektors und der Identifizierung von Technologien, die für Cortevas Forschungsprioritäten relevant sind.“
• Biostimulanzien, Biokontrolle und andere Produkte natürlichen Ursprungs wie Insektenpheromone mit nachgewiesener und vorhersehbarer Leistung.
• Stickstoff‑fixierende Bakterien (BlueN™ oder Utrisha™ N) zur Erzeugung zusätzlicher chemiefreier Düngemittel.
• Getreide, das mit Vitamin A bio‑angereichert ist zur Verbesserung der Ernährung in ärmeren Ländern.
• Gehende Roboter für Reihenpflanzen.
• Experimente zur Implementierung von KI in der Landwirtschaft, von der Obsternte bis zur Identifizierung der besten Pflanzen für die Merkmalselektion zur Saatgutproduktion.
• Komplettes Software‑Portfolio, von Landbilddaten bis zu Farm‑Management‑Software sowie Überwachung und Verkauf von CO₂‑Zertifikaten.

Corteva untersucht zudem aktiv die zukünftige wachsende Nachfrage nach grünen Biokraftstoffen und Spezialproteinen, jeweils mit einem adressierbaren Markt von 10 Mrd. $ bis 30 Mrd. $ bis 2035.

Quelle: Corteva

Insgesamt ist Corteva zwar ein Riese der „alten“ industriellen Landwirtschaftsmethoden, aber es ist sich der Veränderungen im Sektor bewusst und positioniert sich, um ein ebenso großes und erfolgreiches Unternehmen zu werden, das sich an die schnell wechselnden landwirtschaftlichen Praktiken anpasst.

Neueste Nachrichten und Entwicklungen zu Corteva (CTVA) Aktien

Referenzierte Studien

<sup>1. Long Stephen P. (2025) Bedürfnisse und Chancen, Nutzpflanzen zukunftssicher zu machen und Pflanzensysteme zur Abschwächung des atmosphärischen Wandels zu nutzen. 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 Bio‑Produktion: Überlegungen für wissenschaftlich fundierte, effektive und akzeptable EU‑Regulierung. Cell Reports Sustainability, 30. Mai 2025. https://www.cell.com/cell-reports-sustainability/fulltext/S2949-7906(25)00101-6</sup>