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 Perspektive für die Gesundheit der Bäume
15.06.2018 | Hochschule Ostwestfalen-Lippe

nachricht Plant3, Zukunftsstrategie für Landwirtschaft, Fischerei und Weiterverarbeitung in Nordosdeutschland
25.05.2018 | Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald

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: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz – Schafft der Mensch seine Arbeit ab?

15.06.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Asteroidenforschung in Garching

13.06.2018 | Veranstaltungen

Meteoriteneinschläge und Spektralfarben: HITS bei Explore Science 2018

11.06.2018 | Veranstaltungen

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

EMAG auf der AMB: Hochproduktive Lösungen für die vernetzte Automotive-Produktion

15.06.2018 | Messenachrichten

AchemAsia 2019 in Shanghai

15.06.2018 | Messenachrichten

Dem Fettfinger zu Leibe rücken: Neuer Nanolack soll Antifingerprint-Oberflächen schaffen

15.06.2018 | Materialwissenschaften

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