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Wie Pflanzen das Land eroberten

14.12.2007
Freiburger Biologen führend bei der Entschlüsselung des Genoms vom Kleinen Blasenmützenmoos

Eine der einfachsten Pflanzen der Welt kann helfen, sicher und kostengünstig neue Medikamente zu produzieren und Nutzpflanzen widerstandsfähiger gegen die negativen Auswirkungen des globalen Klimawandels zu machen.

Das Kleine Blasenmützenmoos (Physcomitrella patens) gleicht den ersten Pflanzen, die vor circa 450 Millionen Jahren vom Wasser aus das Land eroberten. Um erfolgreich zu sein, mussten sie sich an ein raues Klima mit extremen Temperaturschwankungen, Trockenheit, hoher UV-Strahlung und hoher Salzbelastung anpassen. Wenn man diese Schutzmechanismen besser versteht, kann man sie auf Nutzpflanzen übertragen und sie so widerstandsfähiger gegen die negativen Auswirkungen des globalen Klimawandels machen.

Ein internationales Konsortium von 70 Wissenschaftlern aus 45 Laboratorien vor allem aus Deutschland, Japan und den USA hat das Genom von Physcomitrella entschlüsselt und seine Ergebnisse in der Wissenschaftszeitschrift Science veröffentlicht (Online-Ausgabe vom 13.12.2007). Die Sequenzierung erfolgte am kalifornischen Genominstitut des US-amerikanischen Energieministeriums. Die sehr anspruchsvolle Entschlüsselung der Gensequenzen gelang mit modernsten Methoden der Bioinformatik unter Leitung des Freiburger Privatdozenten Dr. Stefan Rensing am Lehrstuhl von Prof. Dr. Ralf Reski. Deren Arbeiten wurden maßgeblich durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert.

"Das Moosgenom liegt zwischen den Algen und den Blütenpflanzen, die eine Milliarde Jahre Evolution trennen. Mit der nun vorliegenden vollständigen Genomsequenz ist Physcomitrella endgültig zur Modellpflanze geworden" erklärt Stefan Rensing. "Als ich vor gut 20 Jahren über Physcomitrella zu forschen begann, war das reine "Nischenforschung", die aber immer von der DFG finanziert wurde. Ich hätte damals nie zu hoffen gewagt, dass wir eines Tages das gesamte Genom dieses Mooses entschlüsseln werden", führt Ralf Reski aus.

Im Moosgenom gibt es, anders als bei Menschen und Blütenpflanzen, keine "Sicherungskopie" für die Gene. Außerdem können die Wissenschaftler zielgerichtet in dieses Genom eingreifen. Diese für Pflanzen bisher einzigartige Technologie ermöglicht es den Forschern, sehr schnell die Funktion bisher unbekannter Gene zu ermitteln.

Als erste Firma weltweit erkannte die BASF AG das große Potenzial dieser Forschung und investierte von 1999 an einen zweistelligen Millionenbetrag in die Arbeiten von Ralf Reski. "Diese sehr erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen einem Weltkonzern und der Universität Freiburg gab vermutlich den Anstoß, dass auch die nationalen Förderorganisationen in den USA, England und insbesondere Japan in großem Maßstab die Moosforschung finanzieren", sagt Reski rückblickend.

Die Moosbiotechnologie hat aber auch zahlreiche lokale Förderer. So unterstützten die Universität Freiburg, die Freiburger Wirtschaftsförderung und der BioValley-Verein Reski tatkräftig, als er zusammen mit Kollegen 1999 die Firma "greenovation Biotech" gründete. Diese konzentrierte sich im Laufe ihrer Entwicklung ganz auf den Moosbioreaktor, um darin sicher und preiswert Eiweißstoffe für die medizinische Anwendung, wie zum Beispiel Antikörper für Diagnose und Therapie, zu produzieren. Die Optimierung dieser Technologie wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt, das Verbundprojekte zwischen der Universität Freiburg, der Universität Karlsruhe und der Firma "greenovation" fördert.

"Mit dem entschlüsselten Moosgenom haben wir nun die Blaupause in Händen, die uns helfen wird, die Pflanzenbiotechnologie noch sicherer und effizienter zum Nutzen der Menschen einzusetzen", führt Reski aus. Und Rensing ergänzt: "Das entschlüsselte Moosgenom ist eine elementare Vorraussetzung, um die Lebensprozesse dieser einfach gebauten Pflanze zu modellieren." Auch diese Forschungsrichtung wird vom BMBF unterstützt, und zwar im Rahmen der Freiburger Initiative für Systembiologie (FRISYS).

Kontakt:
Prof. Dr. Ralf Reski
PD Dr. Stefan A. Rensing
Pflanzenbiotechnologie
Fakultät für Biologie
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Schänzlestr. 1
79104 Freiburg
Tel.: 0761/203-6968
Fax: 0761/203-6967
E-Mail: pbt@biologie.uni-freiburg.de
Zusätzliche Informationen für die Redaktion:
Die Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau ist eine klassische Volluniversität und feiert ihr 550jähriges Bestehen. Im Exzellenzwettbewerb des Bundes und der Länder wurde sie dieses Jahr zu einer von neun deutschen "Exzellenzuniversitäten" gekürt.
Die Fakultät für Biologie belegt in allen nationalen Ranglisten einen Spitzenplatz in Forschung und Lehre. Ihre Forscher werben pro Jahr mehr als zehn Millionen Euro Drittmittel ein und sind maßgeblich an allen erfolgreichen Exzellenzprojekten der Freiburger Universität (Spemann Graduiertenschule für Biologie und Medizin, Zentrum für Biologische Signalstudien sowie dem Institute of Advanced Studies) beteiligt.
Prof. Dr. Ralf Reski (49) hat Biologie, Chemie und Erziehungs-wissenschaften in Gießen und in Hamburg studiert, promovierte 1990 und wurde 1994 Privatdozent in Hamburg. 1996 zeichnete ihn die DFG mit dem Heisenberg-Stipendium aus. Nach Angeboten in- und ausländischer Universitäten wurde er 1999 zum Professor und Lehrstuhlinhaber Pflanzenbiotechnologie in Freiburg berufen. Seit 2006 ist er Dekan der Fakultät für Biologie. Ministerpräsident Oettinger berief Reski kürzlich in den Innovationsrat Baden-Württemberg.

Privatdozent Dr. Stefan A. Rensing (40) hat Biologie in Freiburg studiert und promovierte 1995 an der Freiburger Universität. Nach Anstellungen in Bayreuth und am Staatlichen Weinbauinstitut wurde er Gruppenleiter Bioinformatik am Lehrstuhl Pflanzenbiotechnologie in Freiburg, wo er 2007 zum Privatdozenten ernannt wurde. Kürzlich wurde er zum Lecturer für Systembiologie an der Fakultät für Biologie berufen.

Autoren und beteiligte Institutionen der Veröffentlichung:
Stefan A. Rensing1, Daniel Lang1, Andreas D. Zimmer1, Astrid Terry2, Asaf Salamov3, Harris Shapiro3, Tomoaki Nishiyama4, Pierre-François Perroud5, Erika Lindquist3, Yasuko Kamisugi6, Takako Tanahashi7,33, Keiko Sakakibara9, Tomomichi Fujita10, Kazuko Oishi8, Tadasu Shin-I8, Yoko Kuroki11, Atsushi Toyoda11, Yutaka Suzuki12, Shin-ichi Hashimoto13, Kazuo Yamaguchi4,14, Sumio Sugano12, Yuji Kohara8,15, Asao Fujiyama11,16,17, Aldwin Anterola19, Setsuyuki Aoki20, Neil Ashton18, W. Brad Barbazuk21, Elizabeth Barker18, Jeffrey L. Bennetzen22, Robert Blankenship5, Sung Hyun Cho5, Susan K. Dutcher23, Mark Estelle24, Jeffrey A. Fawcett25, Heidrun Gundlach26, Kousuke Hanada27,45, Alexander Heyl28, Karen A. Hicks29, 44, Jon Hughes30, Martin Lohr31, Klaus Mayer26, Alexander Melkozernov32, Takashi Murata7,33, David Nelson34, Birgit Pils35, Michael Prigge24, Bernd Reiss29, Tanya Renner36, Stephane Rombauts25, Paul Rushton37, Anton Sanderfoot38, Gabriele Schween1, Shin-Han Shiu27, Kurt Stueber29, Frederica L. Theodoulou39, Hank Tu3, Yves Van de Peer25, Paul J. Verrier40, Elizabeth Waters36, Andrew Wood19, Lixing Yang22, David Cove5,6, Andrew C. Cuming6, Mitsuyasu Hasebe7,33,43, Susan Lucas2, Brent D. Mishler41, Ralf Reski1, Igor V. Grigoriev3, Ralph S. Quatrano5*, Jeffrey L. Boore3,41,42

_______________________________

1Plant Biotechnology, Faculty of Biology, University of Freiburg, Schaenzlestr. 1, D-79104 Freiburg, Germany
2DOE Joint Genome Institute and Lawrence Livermore National Laboratory, 2800 Mitchell Drive, Walnut Creek, CA 94598 USA
3DOE Joint Genome Institute and Lawrence Berkeley National Laboratory, 2800 Mitchell Drive, Walnut Creek, CA 94598 USA
4Advanced Science Research Center, Kanazawa University, 13-1 Takara-machi Kanazawa, 920-0934, Japan
5Department of Biology, 1 Brookings Drive, Washington University, St. Louis, MO 63130-4899 USA
6Centre for Plant Sciences, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, UK
7National Institute for Basic Biology, Okazaki 444-8585, Japan
8Genome Biology Laboratory, Center for Genetic Resource Information, National Institute of Genetics, Mishima 411-8540, Japan
9School of Biological Sciences, Monash University, Clayton Campus, Melbourne, Victoria 3800, Australia
10Department of Biological Sciences, Faculty of Science, Hokkaido University, Sapporo 060-0810, Japan
11RIKEN Genomic Sciences Center, Kanagawa 230-0045, Japan
12Laboratory of Functional Genomics, Department of Medical Genome Sciences, Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo, Tokyo 108-8639, Japan
13Department of Molecular Preventive Medicine, School of Medicine, The University of Tokyo, Tokyo 113-8654, Japan
14Division of Life Science, Graduate School of Natural Science and Technology, Kanazawa University, Kanazawa 920-1192, Japan
15Department of Genetics, School of Life Science, The Graduate University for Advanced Studies, Mishima 411-8540, Japan
16National Institute of Informatics, Tokyo 101-8403, Japan
17Department of Informatics, School of Multidisciplinary Sciences, The Graduate University for Advanced Studies, Tokyo 101-8403, Japan
18University of Regina, 3737 Wascana Parkway, Regina, SK S4S 0A2 Canada
19Department of Plant Biology, Southern Illinois University, Carbondale, IL 62901-6509 USA
20Life-Science Informatics Unit, Graduate School of Information Science, Nagoya University, Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya 464-8601, Japan
21Donald Danforth Plant Science Center, 975 North Warson Road, St. Louis, MO 63132 USA
22Department of Genetics, Davison Life Sciences Complex, University of Georgia, Athens, GA 30602-7223 USA
23Department of Genetics, 660 S. Euclid Ave., Washington University, St. Louis, MO 63108 USA
24Department of Biology, Indiana University, 1001 East Third Street, Bloomington, IN 47405-3700 USA
25VIB Department of Plant Systems Biology, Ghent University, Technologie Park 927, 9052 Gent, Belgium
26MIPS/IBI Instit. for Bioinformatics, Helmholtz Center Munich, German Research Center for Environment and Health (GmbH), Ingolstaedter Landstr.1, D-85764 Neuherberg, Germany
27Department of Plant Biology, 166 Plant Biology Building, Michigan State University, East Lansing, MI 48824-1312 USA
28Free University, Institute for Biology, Applied Genetics Neubau, Albrecht-Thaer-Weg 6, D-14195 Berlin, Germany
29Max-Planck Institute of Plant Breeding Research, Carl-von-Linne-Weg 10, D-50829 Cologne, Germany
30Pflanzenphysiologie, Justus Liebig University, Senckenbergstr. 3, D-35390 Giessen, Germany
31Institute of General Botany, Johannes Gutenberg-University, D-55099 Mainz, Germany
32Department of Chemistry and Biochemistry, Arizona State University, Tempe, AZ 85287-1604 USA
33Department of Basic Biology, School of Life Science, The Graduate University for Advanced Studies, Okazaki 444-8585, Japan
34University of Tennessee-Memphis, 858 Madison Ave 101, I Molecular Science Building, Memphis, TN 38163 USA
35Department of Bioinformatics, Biozentrum, Am Hubland,Würzburg University, D-97074 Würzburg, Germany
36Biology Department, San Diego State University, North Life Sciences Room 102, 5500 Campanile Drive, San Diego, CA 92182-4614 USA
37Department of Biology, Gilmer Hall, 485 McCormick Road, University of Virginia, Charlottesville, VA 22903 USA
38Department of Plant Biology, University of Minnesota, 250 Biological Science Center, 1445 Gortner Ave., St. Paul, MN 55108 USA
39Biological Chemistry Department, Rothamsted Research, Harpenden, Hertfordshire AL5 2JQ, UK
40Biomathematics and Bioinformatics Department, Rothamsted Research, Harpenden, AL5 2JQ, UK
41Department of Integrative Biology, 3060 Valley Life Sciences Building, University of California, Berkeley 94720 USA
42Genome Project Solutions, 1024 Promenade Street, Hercules, CA 94547 USA
43ERATO, Japan Science and Technology Agency, Okazaki 444-8585, Japan
44Biology Department, Kenyon College, Gambier, OH 43022 USA
45RIKEN Plant Science Center, 1-7-22 Suehiro, Tsurumi, Yokohama, Kanagawa, 230-0045, Japan

Rudolf-Werner Dreier | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-freiburg.de/

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