Eine Genbank ist eine Art Biorepositorium, das weltweit zur Speicherung von genetischem Material von Tieren, Pflanzen und anderen Organismen genutzt wird. Es schützt ihre genetischen Informationen, typischerweise in Form von Fortpflanzungsmaterial wie Samen, Spermien, Eiern, Embryonen, Zellen und verschiedenen DNA-Typen. Häufig bewahren diese Banken die genetischen Ressourcen von Arten, die gefährdet oder vom Aussterben bedroht sind. Sie dienen auch der Erhaltung wichtiger Nutzpflanzenarten und -sorten und damit der Erhaltung der landwirtschaftlichen Biodiversität. Diese Erhaltungsbemühungen schützen Organismen vor Bedrohungen wie Aussterben, Krankheitserregern und Klimaveränderungen.
Eine Genbank ist eine Art Biorepositorium, das weltweit zur Speicherung des genetischen Materials von Tieren, Pflanzen und anderen Organismen verwendet wird. Es bewahrt ihre genetischen Informationen in Form von Fortpflanzungsmaterial wie Samen, Spermien, Eiern, Embryonen, Zellen und anderen Arten von DNA. Oftmals beherbergen diese Banken das genetische Material von Arten, die vom Aussterben bedroht oder vom Aussterben bedroht sind. Sie werden auch zur Erhaltung wichtiger Nutzpflanzenarten und -sorten genutzt, um die Nutzpflanzenvielfalt zu bewahren. Dies schützt den Organismus vor Bedrohungen wie Aussterben, Krankheiten und Klimawandel.
Aufbewahrungsmethoden
Die Konservierung erfolgt durch die Sammlung und Lagerung von Keimplasma verschiedener Organismen. Pflanzenkeimplasma kann beispielsweise Samen und Stecklinge umfassen, Pilzmaterial kann Sporen umfassen und tierische genetische Ressourcen bestehen häufig aus Spermien und Eizellen. Pollen, der für die Vermehrung von Spermatophyten lebenswichtig ist, enthält das für die Befruchtung notwendige männliche genetische Material und wird typischerweise durch Kryokonservierung konserviert. Wasserlebewesen wie Korallen werden durch das Sammeln von Fragmenten konserviert, die in sorgfältig regulierten Wasserlebensräumen gehalten werden.
Das gesammelte Material wird häufig bei Minustemperaturen (unter 0 °C / 32 °F) gelagert. Alternativ kann die Lagerung unter kryogenen Bedingungen unter Verwendung von flüssigem Stickstoff erfolgen. Einige Genbanken, die als Feldgenbanken bezeichnet werden, konzentrieren sich auf die kontinuierliche Kultivierung lebender Organismen, beispielsweise spezifische Pflanzenarten, die in kontrollierten Nährmedien oder in künstlich angelegten Lebensräumen zur Erhaltung bestimmter Biota gezüchtet werden.
Eine zentralisierte Datenbank, Genesys, erleichtert Untersuchungen zu den Beständen der umfangreichsten Genbanken der Welt. Darüber hinaus arbeiten mehrere internationale Genbanken unter der Koordination der CGIAR Genebank Platform.
Kategorien von Genbanken
Samenbanken
Samenbanken, auch Samentresore genannt, fungieren als umfangreiche Aufbewahrungsorte für die kryogene Konservierung verschiedener Samenarten. Ihr Hauptzweck besteht darin, die genetische Vielfalt für eine zukünftige Nutzung zu erhalten. Die Lagertemperaturen für Saatgut hängen von der Art und der vorgesehenen Aufbewahrungsdauer ab. Die kurzfristige Konservierung über einen Zeitraum von 3 bis 5 Jahren erfordert typischerweise Temperaturen zwischen 5 und 10 °C (41 bis 50 °F). Bei einer mittelfristigen Lagerung von 10 bis 15 Jahren bleiben die Samen normalerweise bei 0 °C (32 °F). Für eine Langzeitkonservierung von mehr als 50 Jahren werden die Samen im Allgemeinen bei Temperaturen zwischen –18 und –20 °C (0 und –4 °F) aufbewahrt. Von entscheidender Bedeutung ist die Aufrechterhaltung eines niedrigen Feuchtigkeitsgehalts sowohl in den Samen als auch in ihrem Umgebungsmedium, da ein erhöhter Feuchtigkeitsgehalt die Lebensfähigkeit der Samen während einer längeren kryogenen Lagerung beeinträchtigt. Die weltweit größte Saatgutbank ist die Millennium Seed Bank, die sich im Wellcome Trust Millennium Building (WTMB) auf dem Wakehurst Place-Anwesen in West Sussex, in der Nähe von London, befindet.
In-Vitro Bank
Eine In-vitro-Bank stellt eine besondere Kategorie von Genbanken dar, die der Erhaltung von pflanzlichem oder tierischem genetischem Material gewidmet sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Samenbanken, die oft eine trockene oder zytogenetische Lagerung nutzen, arbeitet eine In-vitro-Bank in einer kontrollierten, laborbasierten Umgebung. Diese Banken haben die Aufgabe, genetische Ressourcen wie Pflanzenzellen, Embryonen und Gewebe zu erhalten. Typischerweise werden Proben in einem Nährmedium aufbewahrt, das häufig in einem Reagenzglas oder einer Kulturschale enthalten ist. Beispielsweise werden Knospen, Protokormen und meristematische Zellen in einem Nährmedium (entweder Gel oder Flüssigkeit) unter bestimmten Licht- und Temperaturbedingungen konserviert. Diese Methode wird zur Konservierung von apomiktischen Pflanzen, sich ungeschlechtlich vermehrenden Arten oder solchen, die eine klonale Konservierung erfordern, wie z. B. kommerzielle Sorten, eingesetzt. Da diese Proben häufig präzise Wachstumsbedingungen erfordern, spielen In-vitro-Banken eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung lebender Gewebe in einer regulierten und künstlich aufrechterhaltenen Umgebung.
Kryobanken
Kryobanken dienen als Einrichtungen zur Konservierung von biologischem Material, einschließlich Spermien, Eizellen und Embryonen, bei extrem niedrigen Temperaturen. Typischerweise werden diese Materialien in flüssigem Stickstoff bei etwa –196 °C (–320,8 °F) gehalten. Diese Kryokonservierungsmethode ermöglicht die Aufrechterhaltung der Lebensfähigkeit von Gameten oder Embryonen für mindestens ein Jahrhundert. Kryobanken werden häufig zur Kryokonservierung tiergenetischer Ressourcen eingesetzt und spielen eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung gefährdeter Arten. Ein prominentes globales Beispiel ist der Frozen Zoo, der vom San Diego Zoo in San Diego, Kalifornien, gegründet wurde. Die umfangreiche Sammlung umfasst über 10.000 lebende Zellen, Eizellen, Embryonen und vielfältiges genetisches Material von Tausenden von Arten, darunter insbesondere einer ausgestorbenen Art. In tierischen Kryobanken wird die Kryokonservierung von Embryonen häufig dem getrennten Einfrieren von Eizellen und Spermien vorgezogen, da die Embryonen dem Einfrierprozess eine höhere Widerstandsfähigkeit entgegensetzen.
Pollenkonservierung
Pollen werden typischerweise durch Vitrifikation, eine Kryokonservierungstechnik, konserviert. Bei dieser Methode werden Pollenkörner eingefroren, ohne dass sich schädliche intrazelluläre Eiskristalle bilden. Durch Vitrifikation gelagerter Pollen wird in flüssigem Stickstoff bei Temperaturen zwischen –180 und –196 °C (–292,0 bis –320,8 °F) gehalten. Das National Seed Storage Lab in Fort Collins, Colorado, nutzt diese Technik derzeit zur Pollenkonservierung. Alternativ können Pollen gefriergetrocknet und bei Temperaturen zwischen 5 und −18 °C (41 bis 0 °F) gelagert werden. Ein entscheidender Faktor, der die Lebensfähigkeit des Pollens während der Lagerung beeinflusst, ist sein Feuchtigkeitsgehalt. Ein niedriger Feuchtigkeitsgehalt der Pollenkörner erhöht ihre Langlebigkeit, indem sie das Einfrieren ohne Eiskristallbildung erleichtert und so ihre Lebensdauer verlängert. Der optimale Feuchtigkeitsgehalt zur Pollenkonservierung variiert je nach Pflanzenart. Pollen verschiedener Pflanzenarten können in zwei Gruppen eingeteilt werden: zweikernige Pollen, die durch eine dickere Exine gekennzeichnet sind, und dreikernige Pollen, die eine dünnere Exine besitzen. Zweikerniger Pollen weist eine längere Lebensfähigkeit auf, wenn er bei niedrigem Feuchtigkeitsgehalt kryokonserviert wird. Umgekehrt weisen dreikernige Pollen eine längere Lebensdauer auf, wenn sie bei höherem Feuchtigkeitsgehalt eingefroren werden. Der Feuchtigkeitsgehalt der Pollen kann durch Kontakt mit verdünnten Salzlösungen, Kieselgel, trockener Luft oder chemischer Behandlung mit Vitrifizierungslösungen verringert werden.
Feldgenbanken
Feldgenbanken sind spezialisierte Depots für die Verwaltung lebender Pflanzenproben, einschließlich Obstbäumen und anderer Pflanzen, für deren Kultivierung bestimmte Umgebungsbedingungen erforderlich sind. Im Gegensatz zu Samenbanken, die ruhendes Saatgut aufbewahren, unterhält eine Feldgenbank lebende Sammlungen von Keimplasma. Diese Banken sind anfällig für Naturkatastrophen, Schädlingsbefall und Krankheiten. Daher gelten sie im Allgemeinen als letztes Mittel zur Erhaltung von Arten, die mit herkömmlichen Methoden nicht konserviert werden können, beispielsweise solche, die keine lebensfähigen Samen produzieren. Dieser Ansatz erfordert im Vergleich zu alternativen Konservierungstechniken auch größere Land-, Energie- und Wasserressourcen, was ihn in vielen Szenarien zu einer weniger optimalen Wahl macht.
Das International Rice Research Institute (IRRI) auf den Philippinen ist ein Beispiel für eine bedeutende Feldgenbank. Diese Einrichtung spielt eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung Tausender Reisarten, indem sie Feldgenbanken für verschiedene Reissorten unterhält. Diese Reisarten besitzen häufig wertvolle Eigenschaften, darunter Resistenz gegen Schädlinge, Krankheiten und Dürre. Jede Sorte ist von erheblicher Bedeutung für die zukünftige Entwicklung neuartiger und widerstandsfähigerer Arten, die für die Bewältigung der Herausforderungen der Ernährungssicherheit in Regionen, die mit erhöhter Armut und Hunger zu kämpfen haben, von entscheidender Bedeutung sind.
Tiergenetische Ressourcenbanken
Tiergenetische Ressourcenbanken dienen als Aufbewahrungsorte für genetisches Material und gewährleisten dessen langfristige Erhaltung und künftige Zugänglichkeit. Das in diesen Banken untergebrachte genetische Material stammt von einer Vielzahl von Tierarten, darunter Nutztiere, Geflügel, Insekten und Wasserorganismen. Konkret werden Eizellen, Embryonen, Spermien und verschiedene Gewebe mithilfe fortschrittlicher Techniken bei extrem niedrigen Temperaturen kryokonserviert. Diese Banken sind unverzichtbar für den Schutz der genetischen Vielfalt von Tierpopulationen, einem entscheidenden Faktor für deren nachhaltiges Überleben und Anpassungsfähigkeit.
Diese Einrichtungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung des genetischen Materials gefährdeter Arten und unterstützen damit Zuchtprogramme, die auf deren Erhaltung ausgerichtet sind. Für Arten, die vom Aussterben bedroht sind, bietet die in diesen Banken gespeicherte DNA eine Art genetische Versicherung, die bei Bedarf die potenzielle Wiedereinführung der genetischen Vielfalt ermöglicht. Dieses genetische Material kann genutzt werden, um die Vielfalt wildlebender Populationen wiederherzustellen, die Bedrohungen wie genetischer Drift oder Inzucht ausgesetzt sind. Darüber hinaus kann gespeichertes genetisches Material in Szenarien, in denen die natürliche Fortpflanzung durch Krankheiten oder Umweltveränderungen behindert wird, die Fortpflanzungsbemühungen einer Population durch genetische Rettung erleichtern. Solche Konservierungsmethoden ermöglichen ein breites Spektrum an Managementstrategien für zukünftige Naturschutzmaßnahmen.
Einrichtungen
- Das Center for Pacific Crops and Trees (CePaCT) betreibt in Suva, Fidschi, eine Pflanzengenbank, die sich der Vermehrung und Wiedervermehrung von Pflanzensämlingen widmet, hauptsächlich durch Schnittgut und Gewebekultur und nicht durch Samen. Seine Hauptaufgabe besteht darin, die genetische Vielfalt lebenswichtiger Nahrungspflanzen zu schützen, die in der pazifischen Region heimisch sind, darunter Arten wie Banane, Taro, Brotfrucht und Yamswurzel.
- Genbanken werden auf der ganzen Welt eingerichtet und haben jeweils unterschiedliche Ziele und Ressourcenzuweisungen. Zu den bekanntesten Beispielen gehört der Svalbard Global Seed Vault.
Managementsysteme
- Die Bundes-Ex-situ-Genbank stellt eine weitere bedeutende Keimplasmasammlung dar. Sein Auftrag umfasst die Sammlung, Erhaltung und Charakterisierung pflanzengenetischer Ressourcen, um Erhaltungsbemühungen voranzutreiben. Darüber hinaus führt die Ex-situ-Genbank des Bundes einschlägige Forschungsarbeiten durch, die auf die Entwicklung innovativer Techniken zur Ressourcenschonung abzielen.
- In den Vereinigten Staaten umfasst die Federal Ex situ Genbank Einrichtungen, die von Regierungsbehörden verwaltet werden, darunter dem US-Landwirtschaftsministerium (USDA). Das USDA unterstützt die Pflege verschiedener Genbanken, beispielsweise des National Plant Germplasm System (NPGS). Die NPGS dient der Speicherung genetischer Ressourcen sowohl für Kulturpflanzen als auch für Wildpflanzenarten und bietet so einen Schutz vor dem Verlust der biologischen Vielfalt und stellt Ressourcen für Züchtungsprogramme und wissenschaftliche Forschung bereit.
- Spermabank
- Biobank
- Keimplasma
- Pflanzengenetische Ressourcen
- Referenzen
Referenzen
Ellis, R.H.; Hong, T.D.; Roberts, E.H. (1985). Handbuch der Saatguttechnologie für Genbanken Bd. II: Kompendium spezifischer Keiminformationen und Testempfehlungen. IBPGR (derzeit Bioversity International). Rom, Italien. Archiviert vom Original am 11. Dezember 2008.
- Ellis, R.H.; T.D. Hong; E.H. Roberts (1985). Handbook of Seed Technology for Genebanks Vol. II: Kompendium spezifischer Keiminformationen und Testempfehlungen. IBPGR (jetzt Bioversity International). Rom, Italien. Archiviert vom Original am 11. Dezember 2008.Engels, Jan; Visser, Bert, Hrsg. (2003). A Guide to Effective Management of Keimplasm Collections. CABI, IFPRI, IPGRI, SGRP. Archiviert vom Original am 25. Mai 2007.Kameswara, N.; Hanson, J.; Dulloo, M. E.; Ghosh, K.; Nowell, A.; Larinde, M. (2006). Handbuch zum Umgang mit Saatgut in Genbanken. Bioversity International, CTA (Technisches Zentrum für landwirtschaftliche und ländliche Zusammenarbeit), FAO, ILRI. Archiviert vom Original am 21. Januar 2008.Koo, B.; Pardey, P. G.; Wright, B. D.; et al. (2004). Saving Seeds. CABI, IFPRI, IPGRI, SGRP. Archiviert vom Original am 11. Dezember 2008.
- AEGIS, ein integriertes europäisches Genbanksystem
- Genbanken
- DAD-IS: Informationssystem zur Vielfalt von Haustieren