title: Etablierung von Zell- und Gewebekulturen für Medizinalpflanzen am Beispiel von Arnica montana im Rahmen des Projekts „Circular PhytoREVIER“ – Integrierte Wertschöpfung mit Anbau und Verwertung von Medizinalpflanzen im Rheinischen Revier
Creators: name: Grundmann, Lena
name: Müller-Linow, Mark
name: Kuhn, Arnd
name: He, Fang
name: Schlehuber, Dennis
name: Keuter, Volkmar
name: Noll, Gundula
name: Prüfer, Dirk
Publisher: name: Bundesbehörden und Einrichtungen im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
Year: 2023
Subjects: subject: Medizinalpflanzen
subject: Bioökonomie
subject: Genomeditierung
subject: nicht-invasive Sensorik
subject: Pflanzenphänotypisierung
subject: Zell- und Gewebekulturen
subject: Pflanzentransformation
subject: medicinal plants
subject: bioeconomy
subject: genome editing
subject: non-invasive sensors
subject: plant phenotyping
subject: cell and tissue culture
subject: plant transformation
subject: 630

description: Die Entwicklung nachhaltiger Anbaumethoden für Medizinalpflanzen zur Deckung des steigenden Bedarfs an qualitativ hochwertiger Rohware ist für die pharmazeutische Industrie von großer Bedeutung. Gleichzeitig gilt es Umweltauswirkungen zu minimieren und die Biodiversität zu schützen. Im Rahmen der Initiative BioökonomieREVIER zur Bewältigung des Strukturwandels aufgrund des Braunkohleausstiegs soll das Rheinische Revier zu einer Modellregion für nachhaltige Bioökonomie entwickelt werden. Diesbezüglich werden Projekte gefördert, in denen durch eine enge Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Wirtschaft innovative Lösungen in Form von Innovationslaboren etabliert und umgesetzt werden. Ein Beispiel ist das Projekt „Circular PhytoREVIER“, das die nachhaltige Wertschöpfung mit Medizinalpflanzen im Rheinischen Revier fokussiert. Dafür haben die drei beteiligten Wissenschaftspartner Fraunhofer IME, Fraunhofer UMSICHT und Forschungszentrum Jülich, IBG-2, ihr jeweiliges Fachwissen, ihre Ressourcen, Infrastrukturen sowie Vorarbeiten gezielt zusammengeführt, um im Rahmen des Projekts ertrags- und standortoptimierte Medizinalpflanzen zu etablieren und diese sowohl im Freiland als auch in geschlossenen Indoor-Systemen anzubauen. Darüberhinaus werden innovative Verfahren zur gezielten Steuerung und Erhöhung des Wirkstoffgehalts durch biologische, chemische und physikalische Stressgabe sowie zur nicht-invasiven Erfassung von Wachstums- und Ernteparametern entwickelt. Die Arbeiten des Fraunhofer IME umfassen dabei die Entwicklung molekularer Marker zur Züchtungsunterstützung und die Generierung von Zell- und Gewebekulturen ausgewählter Medizinalpflanzen. Eine unserer Modellpflanzen ist Arnica montana, die unter anderem Sesquiterpenlactone (SL) als wertgebende Inhaltsstoffe produziert. Unsere Arbeiten konzentrierten sich zunächst auf die Identifizierung der bisher unbekannten SL-Biosynthesegene und zukünftig auf deren Charakterisierung. Dafür fokussieren wir uns zurzeit auf die Etablierung der in vitro-Vermehrung von Arnika-Pflanzen sowie die pflanzliche Regeneration aus Einzelzellen und schließlich auf die genetische Modifikation von Arnica montana, um zukünftig Biosynthesegene des SL-Stoffwechsels charakterisieren und den SL-Gehalt in der Pflanze oder auch Zellkultur optimieren zu können.
description: Developing sustainable cultivation methods for medicinal plants to meet the growing demand for high-quality raw materials is of great importance to the pharmaceutical industry. At the same time, it is important to minimize environmental impact and protect biodiversity. As part of the BioeconomyREVIER initiative to manage the structural change resulting from the phase-out of lignite, the Rhenish mining area is to be developed into a model region for a sustainable bioeconomy. To this end, projects are being supported in which innovative solutions are developed and implemented in the form of innovation labs through close cooperation between science and industry. One example is the “Circular PhytoREVIER“ project, which focuses on sustainable value creation with medicinal plants in the Rhenish mining area. The three scientific partners involved, Fraunhofer IME, Fraunhofer UMSICHT and Forschungszentrum Jülich, IBG-2, have combined their respective expertise, resources, infrastructures and preliminary work to establish yield- and location-optimized medicinal plants and to cultivate them both in the field and in closed indoor systems. We develop innovative methods for the targeted control and increase of the active ingredient content through the application of biological, chemical and physical stresses as well as for the non-invasive determination of growth and harvest parameters. The work of the Fraunhofer IME in this context includes the development of molecular markers for breeding and the generation of cell and tissue cultures of selected medicinal plants. One of our model plants is Arnica montana, which produces sesquiterpene lactones (SL) as valuable compounds. Our work has initially focused on the identification of the previously unknown SL biosynthetic genes and, in the future, on their characterization. For this purpose, we are currently focusing on the establishment of in vitro propagation of arnica plants, as well as plant regeneration from single cells, and finally on the genetic modification of Arnica montana in order to be able to characterize the biosynthetic genes of the SL metabolism in the future and to optimize the SL content in the plant or in cell culture.
description: Julius-Kühn-Archiv, vol. 4769. Tagung für Arznei- und Gewürzpflanzenforschung : Sicherheit vom Anbau bis zum Verbraucher – Spitzenklasse oder auf die Spitze getrieben? ; Freising, 11. - 14. September 2023 ; Kurzfassungen der Vorträge und Poster, p. 35