Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Künstliche microRNAs in der Pflanzenzüchtung

20.03.2008
Ein neues Werkzeug erlaubt Reiszüchtern, Gene gezielt zu inaktivieren, die unerwünschte Eigenschaften vermitteln

Reis wird fast überall auf der Welt angebaut: In 89 Ländern auf sechs der sieben Kontinente stehen Reisfelder. Für rund die Hälfte der Weltbevölkerung ist Reis das wichtigste Grundnahrungsmittel, und die vielen verschiedenen Reissorten werden ständig durch Züchtung verbessert. Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen ist es nun in Kooperation mit Kollegen vom International Rice Research Institute auf den Philippinnen gelungen, mit künstlich erzeugten kleinen RNA-Molekülen Züchtungsprozesse erheblich zu beschleunigen. (PLoS One, 19. März 2008)


Ein deutlich sichtbarer Aspekt des Verlustes der Genfunktion von Eui1 ist das stark verlängerte obere Internodium, der Teil des Stieles der die Blüten (Panikel) trägt. Bild: Norman Warthmann/MPI für Entwicklungsbiologie

Stellen Sie sich vor, Sie seien ein Reiszüchter und eines Tages entdecken Sie in Ihrem Feld eine Pflanze mit genau jenen Eigenschaften, nach denen Sie schon immer gesucht haben. Freudestrahlend nehmen Sie die Pflanze mit in Ihr Labor, wo Sie herausfinden, dass diese spontane und nutzbringende Veränderung auf der Inaktivierung eines einzelnen Gens beruht. Das ist eine großartige Entdeckung - allerdings stellt sich nun die Frage, wie sich dieses inaktivierte Gen auch auf andere Reissorten übertragen lässt. Weltweit gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Reissorten, die sehr gut angepasst sind an die jeweilige Region, in der sie wachsen. Normalerweise dauert es Jahre, um im Rahmen konventioneller Züchtung ein einzelnes Gen zu übertragen ohne all die anderen Gene zu beeinträchtigen, die für die Anpassung der jeweiligen Reissorte an den lokalen Standort verantwortlich sind. Wäre es nicht großartig, wenn das viel schneller ginge?

Inaktivierte Gene in der Reiszüchtung einsetzen zu wollen, klingt weit hergeholt, ist aber tatsächlich nicht unüblich. So beruhen die maßgeblichen Veränderungen, die zur Grünen Revolution beim Reis geführt haben, auf dem Verlust eines Gens, das die Reispflanzen hoch wachsen lässt (und dadurch abknicken lässt, wenn sie viele schwere Reiskörner tragen). Daher sind Reiszüchter an der Übertragung inaktivierter Gene sehr interessiert.

... mehr zu:
»Gen »Züchtung

Forscher vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen haben zusammen mit ihren Kollegen vom International Rice Research Institute auf den Philippinen ein neues Werkzeug entwickelt, das die Züchtung von Reissorten mit spezifischen Eigenschaften enorm beschleunigen könnte. Wie Norman Warthmann und seine Mitarbeiter zeigen konnten, lassen sich Gene nämlich gezielt durch sogenannte künstliche microRNAs stumm schalten.

Bei microRNAs handelt es sich um kleine 20 bis 22 Basenpaare lange RNA-Moleküle. Sowohl in Pflanzen als auch in Tieren übernehmen diese microRNAs wichtige Aufgaben bei der Regulation von Genen. Indem sie an die komplementäre Basensequenz einer Boten-RNA binden (von den Wissenschaftlern als RNA-Interferenz bezeichnet), verhindern sie deren Übersetzung in das entsprechende Protein. Das Gen wird auf diese Weise quasi stumm geschaltet, der Ablauf ganzer Signalketten verändert. Mit künstlichen microRNAs (amiRNAs, englisch: artificial micro RNAs) kann man diesen natürlichen Weg des Stummschaltens nutzen, um Gene, die für den Züchter von Interesse sind, zu inaktivieren - und zwar mit beispielloser Spezifität.

Die Arbeitsgruppe von Detlef Weigel, Direktor am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, hat diese Technik an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana entwickelt und erstmalig eingesetzt. Die Fülle an Einsatzmöglichkeiten in der Landwirtschaft hat die Forscher nun dazu bewogen, diese Methode auch an Reispflanzen auszuprobieren, unter anderem am Gen Eui1. Wenn dieses Gen inaktiv ist, werden der oberste Stiel der Reispflanze und Teile der Reisblüte länger (Abb. 1) und die Pflanze kann so leichter benachbarte Pflanzen bestäuben. Züchter nutzen diesen genetischen Trick jedoch, um hybride Samen zu produzieren.

Ursprünglich als spontane Mutation in einer japanischen Reisvariante entdeckt, wurde die eui1-Mutation in jahrelanger Züchtung auf Indica-Sorten übertragen. Mit künstlicher microRNA, die gegen die Boten-RNA des Eui1-Gens gerichtet ist, konnten die Forscher des International Rice Research Institute innerhalb von Wochen bei zwei verschiedenen Reissorten Pflanzen mit der gewünschten Eigenschaft erzeugen, und zwar einschließlich der landwirtschaftlich bedeutenden Indica-Sorte IR64, eine der Hauptanbausorten in Südostasien. Auch zwei weitere Gene (Pds und Spl11) ließen sich auf diese Weise erfolgreich stumm schalten.

"Durch künstliche microRNAs können wir nicht nur eine reduzierte Genfunktion schnell auf andere Sorten und sogar Spezies übertragen", sagt Norman Warthmann, "auch die Identifizierung wichtiger Gene und die Entdeckung neuer Genfunktionen wird sich damit beschleunigen." Die Anwendungen in der Reiszüchtung sind vielfältig und enden nicht bei Reis-Genen: So könnte es gelingen, die Abwehr von Krankheitserregern und Fraßschädlingen zu verstärken, indem man die von Pathogenen abgeleiteten Gene ausschaltet.

"In allen bisher untersuchten Pflanzenarten sind microRNAs gefunden worden. Es sollte daher möglich sein, diese Technik auch auf andere Nutzpflanzen zu übertragen", sagt Detlef Weigel, "damit eröffnet sich ein ganz neuer Weg, um den Nährwert von Pflanzen und den landwirtschaftlichen Ertrag zu steigern."

Originalveröffentlichung:

Warthmann N, Chen H, Ossowski S, Weigel D, Hervé P
Highly Specific Gene Silencing by Artificial miRNAs in Rice
PLoS ONE 3(3): e1829. doi:10.1371/journal.pone.0001829

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

Weitere Berichte zu: Gen Züchtung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Diabetesforschung: Neuer Mechanismus zur Regulation des Insulin-Stoffwechsels gefunden
06.12.2016 | Universität Osnabrück

nachricht Was nach der Befruchtung im Zellkern passiert
06.12.2016 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

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: 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...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weiterbildung zu statistischen Methoden in der Versuchsplanung und -auswertung

06.12.2016 | Seminare Workshops

Bund fördert Entwicklung sicherer Schnellladetechnik für Hochleistungsbatterien mit 2,5 Millionen

06.12.2016 | Förderungen Preise

Innovationen für eine nachhaltige Forstwirtschaft

06.12.2016 | Agrar- Forstwissenschaften