Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Schritt vom Wasser ans Land

14.12.2007
Vollständig entschlüsseltes Moosgenom gibt die genetischen Veränderungen preis, die eine Landbesiedlung möglich gemacht haben

Ein internationales Forscherteam aus 70 Wissenschaftlern unter Leitung des Moosgenomkonsortiums und des Joint Genome Institute (JGI) in Walnut Creek, Kalifornien (USA), hat das Erbgut des "Kleinen Blasenmützenmooses" entschlüsselt und damit der Biologie einen weiteren Meilenstein beschert. Durch den Vergleich des Erbguts verschiedener Pflanzen können die Forscher vollkommen neue Einblicke in die Entstehungsgeschichte komplexer Vorgänge der Zellregulation und der Kommunikation zwischen Zellen bekommen. Die Forschungsergebnisse, an denen auch Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Züchtungsforschung in Köln beteiligt waren, werden in der heutigen Ausgabe der Zeitschrift Science veröffentlicht (ScienceExpress 13.12.2007).


Das Kleine Blasenmützenmoos (Physcomitrella patens). Moose gehören zu den ersten Pflanzen, die vor ca. 450 Millionen Jahren das Festland eroberten. Um zu überleben, mussten sie sich an extreme Temperaturschwankungen, Trockenheit und hohe UV-Strahlung anpassen, die es im Wasser in dieser Form nicht gab. Wenn Wissenschaftler diese Schutzmechanismen des Mooses besser verstehen lernen,, können sie diese eventuell auch auf Nutzpflanzen übertragen und sie so widerstandsfähiger machen. Bild: Dr. Bernd Reiss, Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung

Bisher gibt es noch nicht viele vollständig entschlüsselte Genome von vielzelligen Organismen. Neben dem Menschen, der Maus und dem Fadenwurm haben es auch einige Pflanzen in die Liste der sequenzierten Organismen geschafft. Aufgrund der nach wie vor hohen Kosten der Sequenzierung sind bei Pflanzen derzeit nur wenige vollständige Genomsequenzen vorhanden. Bisher waren vor allem Blütenpflanzen wie die Modellpflanzen Ackerschmalwand und die Pappel oder Nutzpflanzen wie der Reis von Interesse. Aber auch Algen sind vertreten. Diese stehen ganz am Anfang der Entwicklung der Pflanzen, Blütenpflanzen ganz am Ende. Für den entwicklungsgeschichtlich entscheidenden Schritt des Übergangs der Pflanzen vom Wasser auf das Land und der Entwicklung der Mehrzelligkeit vor ca. 450 Millionen Jahren fehlte jedoch ein Vertreter. Mit der Entschlüsselung des Moos-Genoms wurde diese wichtige Lücke jetzt geschlossen.

Moose sind viel komplizierter gebaut als Algen, aber noch nicht so hoch entwickelt wie Blütenpflanzen, die ein ausgeklügeltes Leitbündelsystem und komplex geformte Fortpflanzungsorgane besitzen. Der Übergang vom Wasser zum Land war für die Pflanzen ein großer Schritt, der mit der Anpassung vieler zellulärer Prozesse verbunden war. Diese Veränderungen sind im genetischen Material - also in der nun entschlüsselten Genomsequenz - genau dokumentiert und machen sie zu einer einzigartigen Ressource für zukünftige Forschungen.

Bereits jetzt gab das Moos einige Geheimnisse preis, z.B. wie sich die Toleranz gegen das Austrocknen oder wie sich die Wirkungsweise von Pflanzenhormonen entwickelt haben. Jeder, der schon einmal eine Zimmerpflanze hat vertrocknen lassen, hat quasi den Nachweis erbracht, dass Trockentoleranz - obschon eine wichtige Eigenschaft -, bei den meisten Blütenpflanzen nicht mehr vorhanden ist. Denn die Sequenz des Kleinen Blasenmützenmoos (Physcomitrella patens) zeigt, dass die ursprünglichen Landpflanzen wahrscheinlich noch tolerant gegen Austrocknen waren und dass diese Eigenschaft erst in unseren modernen Pflanzen verlorenging.

Auch bei Pflanzen steuern Hormone entscheidende Schritte in der Entwicklung und beim Wachstum. Doch während es Pflanzenhormone bei Algen offenbar noch nicht gibt, waren sie beim Vorfahr unserer heutigen Landpflanzen bereits erfunden, wie das Genom des Kleinen Blasenmützenmooses belegt. Aus dem Vergleich mit dem Genom der heutigen Pflanzen können die Forscher wichtige Rückschlüsse darauf ziehen, wie sich Pflanzenhormone entwickelt haben.

An der Veröffentlichung in Science waren auch zwei deutsche Forschungseinrichtungen beteiligt, die Universität Freiburg im Breisgau und das Kölner Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung. Die Forscher am Kölner Max-Planck-Institut interessierten sich vor allem für die Reparatur von DNA-Schäden in Physcomitrella. Dieser Prozess ist für die Abwehr schädlicher Umwelteinflüsse von Bedeutung und beim Menschen auch in die Entstehung von Krebs und das Altern involviert. "DNA-Schäden werden in Physcomitrella präzise repariert, was unzweifelhaft zu der hohen Stabilität des Physcomitrella-Genoms beiträgt", erläutert Bernd Reiss, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut in Köln die Forschungsergebnisse. "Aus der humanmedizinischen Forschung wissen wir, dass Fehler im Genom zu Krankheiten führen können. Von daher ist es von großem Interesse, die Mechanismen zu verstehen, die zu dieser Genomstabilität führen."

Originalveröffentlichung:

Stefan A. Rensing, Daniel Lang, Andreas D. Zimmer, Astrid Terry, Asaf Salamov, Harris Shapiro, Tomoaki Nishiyama, Pierre-François Perroud, Erika Lindquist, Yasuko Kamisugi, Takako Tanahashi, Keiko Sakakibara, Tomomichi Fujita, Kazuko Oishi, Tadasu Shin-I, Yoko Kuroki, Atsushi Toyoda, Yutaka Suzuki, Shin-ichi Hashimoto, Kazuo Yamaguchi, Sumio Sugano, Yuji Kohara, Asao Fujiyama, Aldwin Anterola, Setsuyuki Aoki, Neil Ashton, W. Brad Barbazuk, Elizabeth Barker, Jeffrey L. Bennetzen, Robert Blankenship, Sung Hyun Cho, Susan K. Dutcher, Mark Estelle, Jeffrey A. Fawcett, Heidrun Gundlach, Kousuke Hanada, Alexander Heyl, Karen A. Hicks, Jon Hughes, Martin Lohr, Klaus Mayer, Alexander Melkozernov, Takashi Murata, David Nelson, Birgit Pils, Michael Prigge, Bernd Reiss, Tanya Renner, Stephane Rombauts, Paul Rushton, Anton Sanderfoot, Gabriele Schween, Shin-Han Shiu, Kurt Stueber, Frederica L. Theodoulou, Hank Tu, Yves Van de Peer, Paul J. Verrier, Elizabeth Waters, Andrew Wood, Lixing Yang, David Cove, Andrew C. Cuming, Mitsuyasu Hasebe, Susan Lucas, Brent D. Mishler, Ralf Reski, Igor V. Grigoriev, Ralph S. Quatrano, Jeffrey L. Boore
The genome of the moss Physcomitrella patens reveals evolutionary insights into the conquest of land by plants

Science, Online-Veröffentlichung, 13.12.2007

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Alge Blütenpflanzen Genom Max-Planck-Institut Physcomitrella

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen
16.08.2017 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Geographie verrät das Alter von Viren
16.08.2017 | Universität Bern

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Im Focus: Wissenschaftler beleuchten den „anderen Hochtemperatur-Supraleiter“

Eine von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) geleitete Studie zeigt, dass Supraleitung und Ladungsdichtewellen in Verbindungen der wenig untersuchten Familie der Bismutate koexistieren können.

Diese Beobachtung eröffnet neue Perspektiven für ein vertieftes Verständnis des Phänomens der Hochtemperatur-Supraleitung, ein Thema, welches die Forschung der...

Im Focus: Tests der Quantenmechanik mit massiven Teilchen

Quantenmechanische Teilchen können sich wie Wellen verhalten und mehrere Wege gleichzeitig nehmen, um an ihr Ziel zu gelangen. Dieses Prinzip basiert auf Borns Regel, einem Grundpfeiler der Quantenmechanik; eine mögliche Abweichung hätte weitreichende Folgen und könnte ein Indikator für neue Phänomene in der Physik sein. WissenschafterInnen der Universität Wien und Tel Aviv haben nun diese Regel explizit mit Materiewellen überprüft, indem sie massive Teilchen an einer Kombination aus Einzel-, Doppel- und Dreifachspalten interferierten. Die Analyse bestätigt den Formalismus der etablierten Quantenmechanik und wurde im Journal "Science Advances" publiziert.

Die Quantenmechanik beschreibt sehr erfolgreich das Verhalten von Partikeln auf den kleinsten Masse- und Längenskalen. Die offensichtliche Unvereinbarkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

Anbausysteme im Wandel: Europäische Ackerbaubetriebe müssen sich anpassen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Einblicke in die Welt der Trypanosomen

16.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Maschinensteuerung an Anwender: Intelligentes System für mobile Endgeräte in der Fertigung

16.08.2017 | Informationstechnologie

Komfortable Software für die Genomanalyse

16.08.2017 | Informationstechnologie