Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sterile Reishybride: Killer- und Beschützergene schuld

18.09.2012
Die Hybridzüchtung bringt besonders ertragreiche Pflanzen hervor, hat aber auch Nachteile. Hybride der Reissorten indica und japonica sind beispielsweise nicht fortpflanzungsfähig. Wissenschaftler fanden nun mögliche genetische Gründe für die Sterilität dieser Arthybride.

Kreuzt man ein Pferd mit einem Esel, entsteht ein Maultier, das nicht mehr fortpflanzungsfähig ist. Das Phänomen, dass aus zwei fortpflanzungsfähigen Individuen ein lebensfähiger, aber steriler Nachkomme hervorgeht, ist nicht auf die Tierwelt beschränkt.


Die indica-japonica Reishybride sind zwar lebensfähig und ertragreich, sie können sich jedoch nicht weitervermehren. (Quelle: © iStockphoto®)

In der pflanzlichen Hybridzucht, bei der ebenfalls zwei verschiedene Arten miteinander gekreuzt werden, wird der Heterosis-Effekt ausgenutzt, der – im Vergleich zu reinerbigen Lebewesen – zu mehr Vitalität und Leistungsfähigkeit führt. So kann der Heterosis-Effekt beispielsweise bei Getreide-Arten wie dem Mais eine Verdopplung der Erträge mit sich bringen.

Manche Arten sind jedoch nach der Kreuzung so inkompatibel, dass ihre Nachkommen zwar lebensfähig und ertragreich sind, sich jedoch nicht weitervermehren können. Auch die Weitergabe von Genen an die nachkommende Generation ist bei sterilen Pflanzen unterbunden – sie sind somit für evolutionäre Prozesse nicht von Bedeutung.

Inkompatible Arten durch veränderte Allele

Die genetische Grundlage der Inkompatibilität formulierten die Wissenschaftler Dobzhansky und Muller bereits in den 1930er Jahren. Demnach verändert sich in je einer Population mindestens ein Allel, das gut im eigenen genetischen Kontext funktioniert. Wenn jedoch beide veränderten Allele in Hybriden zusammen kommen, kommt es zu einer negativen Interaktion, die beispielsweise sterile Hybride zur Folge hat.

Vorteil und Nachteile für Züchter und Landwirte

Auch beim Kulturreis – Oryza sativa L. – entstehen bei einer Kreuzung der beiden Unterarten indica und japonica gewöhnlich sterile Nachkömmlinge. Das bringt, je nach Betrachtungsweise, Vor- und Nachteile mit sich. Landwirte, die mit den ertragreichen Hybriden arbeiten, müssen ihr Saatgut jedes Jahr wieder neu beziehen. Aber auch nicht sterile Hybride eignen sich nicht zum Nachbau, wenn der Ertragsvorteil gegenüber den Nicht-Hybriden weiterhin erhalten bleiben soll. Da diese in genetisch heterogene Linien aufspalten verliert sich der Züchtungsfortschritt der Hybridsorte. Für Züchter bringt die Sterilität der Hybride eine wirtschaftlich erwünschte Komponente mit sich: Sterile Hybridsorten lassen sich per se nicht nachbauen. Damit wird ein weitgehender Schutz des geistigen Eigentums ihres Züchters gewährleistet.

Für den Züchtungsprozess selbst bedeutet die Sterilität aber auch einen Nachteil. Im Gegensatz zum Anbau in der Landwirtschaft birgt die Aufspaltung der Nachkommen eine züchterisch interessante genetische Vielfalt. Diese geht mit den sterilen Nachkommen unweigerlich verloren. Eine gezieltere Steuerung der Prozesse z.B. durch ein wahlweises Zu- und Abschalten der Sterilität wären eine sinnvoll nutzbare Option. Allerdings gab es derartige Ansätze in der Vergangenheit bereits mittels gentechnischer Methoden. Als „Killerpflanzen“ erlangte dieses Zwei-Komponenten-System Barnase - Barstar eine medial zweifelhafte Berühmtheit.

Killer und Wachdienst machen steril

Ein kürzlich im Fachmagazin Science veröffentlichte Studie erklärt nun die möglichen Gründe für die Sterilität der indica-japonica Reishybride: Ein ausgeklügeltes System aus drei Genen verhindert, dass sich die Reishybride fortpflanzen können.

Für ihre Untersuchungen nahmen die Wissenschaftler den S5 Locus im Reiserbgut, der bereits zuvor mit sterilen Hybriden in Verbindung gebracht worden war, unter die Lupe. Dort fanden sie drei eng miteinander verknüpfte Gene (ORF3, ORF4 und ORF5), die die Fortpflanzungsfähigkeit in indica-japonica Reishybriden steuern. Dabei ist ORF5 das „Killergen“ und ORF4 sein Partner, die bei den Reishybriden aus indica und japonica weibliche Gameten abtöten, während ORF3 den beschützenden Wachdienst übernimmt, der versucht, dies zu verhindern. Die Forscher vermuten, dass ORF5 ein Molekül produziert, das von ORF4 aufgespürt wird und zu einem leicht erhöhten Stress im Endoplasmatischen Retikulum führt. Dadurch wird ORF3 aktiviert, welches das Endoplasmatische Retikulum stabilisiert.

Dieses Killer-Wachschutz-System unterliegt der Sterilität von Hybriden dieser beiden Reisarten, so die Wissenschaftler. Sie vermuten außerdem, dass nicht-tödliche Kombinationen von ORF4 und ORF5 den Gentransfer von indica-japonica Hybriden auf ihre Folgegenerationen ermöglichen. Die Studie lieferte wichtige Grundlagen, mit denen in Zukunft eventuell nicht sterile Reishybride erzeugt werden könnten.
Quelle:
Yang, J. et al. (2012): A Killer-Protector System Regulates Both Hybrid Sterility und Segregation Distortion in Rice. In: Science, Vol. 337 no. 6100 pp. 1336-1340, online 14. September 2012, DOI: 10.1126/science.1223702.

Yang, J. et al. | Pflanzenforschung.de
Weitere Informationen:
http://www.pflanzenforschung.de/journal/aktuelles/sterile-reishybride-killer-und-beschuetzergene-schuld?piwik_campaign=newsletter

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Agrar- Forstwissenschaften:

nachricht Innovationen für eine nachhaltige Forstwirtschaft
06.12.2016 | Steinbeis-Europa-Zentrum

nachricht Die smarte klassische Landhausvilla
28.11.2016 | Bau-Fritz GmbH & Co. KG, seit 1896

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: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Das Universum enthält weniger Materie als gedacht

07.12.2016 | Physik Astronomie

Partnerschaft auf Abstand: tiefgekühlte Helium-Moleküle

07.12.2016 | Physik Astronomie

Bakterien aus dem Blut «ziehen»

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie