Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Am Beispiel Mais: Forscher identifizieren genetische Basis des Pflanzenwachstums

22.05.2012
Bislang galt die Genetik des Wachstums als zu komplex für eine Kartierung. Anhand von Stoffwechsel-Komponenten gelingt es Universität Hohenheim, MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie und IPK Gatersleben, relevante DNA-Abschnitte einzugrenzen

Viele Gene müssen zusammen spielen, um festzulegen, ob Pflanzen groß- oder kleinwüchsig ausfallen. Am Beispiel Mais gelang es Züchtungsforschern der Universität Hohenheim nun erstmals, relevante DNA-Abschnitte für das Pflanzenwachstum zu identifizieren.

Als Wegweiser dienten ihnen Stoffwechsel-Komponenten, die das Wachstum beeinflussen. Möglich wurde ihr neuer Ansatz durch die spezielle Expertise am Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie und dem Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK).

Jetzt stellen sie ihre Ergebnisse in der kommenden Ausgabe der renommierten US-Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) vor (http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1120813109).

Im Wachstum zeigt Mais eine erstaunliche Vielfalt. Doch welche genetischen Mechanismen dafür sorgen, ob eine Pflanze nur wenige Zentimeter oder mehrere Meter hoch wächst – das ist eine Frage, die Forscher bis vor kurzem noch vor Rätsel stellte.

Gewissheit hatten die Wissenschaftler nur in einem Punkt: „Das Pflanzenwachstum ist ein sehr komplexer Prozess, bei dem viele Gene beteiligt sein müssen“, erklärt Prof. Dr. Albrecht Melchinger, Leiter des Fachgebiets Angewandte Genetik und Pflanzenzüchtung der Universität Hohenheim. „In unserem Verständnis klaffte eine riesige Lücke zwischen dem genetischen Code einer Pflanze und ihrem Erscheinungsbild auf dem Feld“, ergänzt Doktorand Christian Riedelsheimer.

Stoffwechsel-Komponenten als Wegweiser zum DNA-Code

Zusammen mit ihren Kooperationspartnern haben die Züchtungsforscher nun dafür gesorgt, dass die Lücke zwischen Gen und Aussehen nicht mehr ganz so groß ist. Ihr Ansatz: Statt allein den genetischen Code direkt nach Kontrollstellen für das Pflanzenwachstum zu durchforsten, wählten sie einen erweiterten Weg über den Stoffwechsel der Pflanze.

Dazu extrahierten sie die Stoffwechselkomponenten aus den Blättern von 300 Maispflanzen unterschiedlicher Größe. Am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Golm bestimmten sie die Gehalte von 118 verschiedenen Substanzen, darunter sehr viele, die am Wachstum der Pflanze beteiligt sind. Dazu verwendeten sie neueste Analyseplattformen, mit denen sich diese Inhaltsstoffe hochpräzise messen lassen.

„Es ist wie bei einem Bauprojekt, bei dem spezialisierte Handwerker zusammenarbeiten“, vergleicht der Max-Planck-Forscher Prof. Dr. Lothar Willmitzer. „Jede Substanz ist wie ein Bauteil für eine ganz bestimmte Funktion und zusammen ergeben sie ein funktionierendes Gebäude.“

Ein Beispiel: Unter anderem identifizierten die Forscher Vorstufen für die Ligninproduktion. Lignin ist ein Molekül, das Pflanzen verholzen lässt – und damit die Grundvoraussetzung für einen stabilen Wuchs, der das Gewicht von meterhohen Pflanzen tragen kann.

Statistisches Verfahren aus der Humanmedizin

Mit dieser Detailkenntnis bestimmten die Forscher die Abschnitte im Genom, die die Produktion dieser Stoffwechselkomponenten steuern. Dazu kooperierten sie mit dem Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben.

„Für die Identifikation haben wir sehr umfangreiche Genomdaten erhoben und ein sehr effektives statistisches Analyseverfahren verwendet“, so Prof. Dr. Thomas Altmann vom IPK in Gatersleben. Das Verfahren wird bisher vor allem in der Humangenetik eingesetzt, um die genetischen Ursachen von Krebs, Diabetes und anderen Krankheiten zu ermitteln.

Kartierung lokalisiert genetische Regulation von 26 Metaboliten
Bislang konnten die Wissenschaftler die genetischen Kontrollstellen für 26 Stoffwechselmetabolite mit hoher Präzision lokalisieren. Damit ist die Genetik des Wachstums zwar noch nicht vollständig aufgeklärt. „Unser Ansatz zeigt jedoch einen vielversprechenden Weg, tiefere Einblicke in die Pflanze und deren Regulation des Wachstums zu nehmen“, so Doktorand Riedelsheimer.

Dass Stoffwechselkomponenten eine Schlüsselstellung in der Züchtungsforschung einnehmen können, zeigte das Team bereits in einer Veröffentlichung am 15. Januar 2012 in Nature Genetics. Durch Stoffwechseluntersuchungen und Genanalysen gelang es den Forschern, ideale Elternpaare für neue Züchtungen mit mehr Ertrag zu identifizieren (link http://dx.doi.org/10.1038/ng.1033).

Hintergrund: Forschungsprojekt GABI

Vielversprechende Vorstudien mit der Modellpflanze Arabidopsis (Ackerschmalwand) haben zu der aktuellen Forschungsarbeit geführt. Die Publikation in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences entstand im Rahmen des Forschungsprojektes GABI-ENERGY. Das Kürzel GABI steht für Genomanalyse im biologischen System Pflanze. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung förderte das Projekt mit insgesamt rund 2,7 Millionen Euro. Weitere Infos unter: www.gabi.de

Originalpubikation
Christian Riedelsheimer, Jan Lisec, Angelika Czedik-Eysenberg, Ronan Sulpice, Anna Flis, Christoph Grieder, Thomas Altmann, Mark Stitt, Lothar Willmitzer & Albrecht E Melchinger: Genome-wide association mapping of leaf metabolic profiles for dissecting complex traits in maize. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), Online-Veröffentlichung am 22. Mai 2012, Link: http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1120813109
Links:
Originalpublikation: http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1120813109
Text: Weik / Klebs
Kontakt für Medien:
Prof. Dr. Albrecht E. Melchinger, Universität Hohenheim, Fachgebiet Angewandte Genetik und Pflanzenzüchtung,

Tel.: 0711/459 22334, E-Mail: melchinger@uni-hohenheim.de

Christian Riedelsheimer, Universität Hohenheim, Fachgebiet Angewandte Genetik und Pflanzenzüchtung, Tel.: 0711/459 23488, E-Mail: riedelsh@uni-hohenheim.de

Florian Klebs | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-hohenheim.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Agrar- Forstwissenschaften:

nachricht Neue Strategie zur Kupferreduktion im Pflanzenschutz entwickelt
21.02.2018 | Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE)

nachricht Da haben wir den Salat: Erste Ernte aus aufbereitetem Abwasser im Forschungsprojekt HypoWave
20.02.2018 | ISOE - Institut für sozial-ökologische Forschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Agrar- Forstwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Im Focus: Developing reliable quantum computers

International research team makes important step on the path to solving certification problems

Quantum computers may one day solve algorithmic problems which even the biggest supercomputers today can’t manage. But how do you test a quantum computer to...

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Von Hefe für Demenzerkrankungen lernen

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Sektorenkopplung: Die Energiesysteme wachsen zusammen

22.02.2018 | Seminare Workshops

Die Entschlüsselung der Struktur des Huntingtin Proteins

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics