Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Evolution im Zeitraffer: Neue Einblicke ins Maisgenom

22.12.2004


Seit Mais vor etwa fünf Millionen Jahren aus der Kreuzung zweier eng verwandter Vorfahren entstand, ist sein Erbgut ständig im Wandel: manche Gene verschwinden, andere werden variiert und vervielfältigt, wieder andere wechseln häufig ihren Platz. Schon nach einer evolutionär gesehen kurzen Zeitspanne unterscheidet sich Mais auch von nahen Verwandten stark - vermutlich gibt es zwischen ihnen mehr genetische Unterschiede, als zwischen Mensch und Maus.



Eine deutsch-amerikanische Forschergruppe hat nun einen wesentlichen Meilenstein auf dem Weg zur Entschlüsselung dieser komplexen Genomstruktur erreicht: Erstmalig kennen die Wissenschaftler die Anzahl und die räumliche Anordnung der Mais-Gene. Mit diesen Informationen wurde eine wesentliche Grundlage für die Sequenzierung des gesamten Genoms erarbeitet. "Bereits jetzt liefern diese Ergebnisse wichtige Informationen nicht nur für die zukünftige Genomforschung, sondern auch für weitere Fortschritte in der Pflanzenzüchtung", berichtet Dr. Klaus Mayer (GSF- MIPS, Institut für Bioinformatik), dessen Team die einzigen nicht-amerikanischen Teilnehmer an dem Projekt stellt.

... mehr zu:
»Erbgut »Genom »Klone »Kreuzung »Mais »Maisgenom »Züchtung


Das Maisgenom ist ungefähr so groß wie das des Menschen und stellt damit das größte bisher untersuchte pflanzliche Genom dar. Seit die Pflanze vor fünf Millionen Jahren entstand, hat sich ihr Erbgut extrem gewandelt: Ursprünglich war Mais tetraploid, d.h. er besaß vier Chromosomensätze, da beide Ursprungspflanzen ihren kompletten Chromosomensatz in die Kreuzung einbrachten. Anschließend gingen allerdings sehr viele Gene wieder verloren, während andere verdoppelt und immer wieder variiert wurden. "Insgesamt umfasst das Maisgenom etwa 59 000 Gene, das sind ungefähr doppelt so viele wie im menschlichen Genom, das von der Größe her vergleichbar ist" erklärt Mayer. Die Struktur des Maisgenoms ist sehr komplex, da viele verschachtelte repetitive Elemente zwischen die Gene gestreut sind. Um das Ganze noch komplizierter zu machen, verändern zahlreiche Gene immer wieder ihre Position im Genom: Als springende Gene (Transposons) können sie sowohl innerhalb des Chromosoms an eine andere Stelle wechseln, als auch auf andere Chromosomen springen.

"Für die Analyse des Maisgenoms haben wir unsere genetischen Standardmethoden zum ersten Mal an einem wirklich großen Datensatz angewandt", verdeutlicht Mayer, "mit diesen im Hochdurchsatz-Verfahren relativ schnell und kostengünstig erworbenen Daten konnten wir die Genomstruktur so weit analysieren, dass wir wissen, wie viele Gene und repetitve Elemente vorhanden sind und auch, in welcher Reihenfolge die Gene aufeinander folgen."

Im Einzelnen erzeugten die Wissenschaftler 250.000 Klone, die Abschnitte des Erbguts enthalten. Die Wissenschaftler sequenzierten dann die "Rand-Sequenzen" der Klone und erhielten damit Informationen über 500.000 Sequenzen - Mayer schätzt, dass allein mit diesen Daten etwa 70 Prozent aller Gene markiert sein müssten.

In die richtige Reihenfolge gebracht wurden die Klone mit Hilfe sogenannter Fingerprinting Contigs: Dabei schneiden Enzyme die DNA an ganz bestimmten Stellen. Die Bruchstücke werden anschließend auf einem Gel in Banden aufgetrennt. Überlappen sich Banden verschiedener Klone, weiß man: hier überlappen die einzelnen Klone. Auf diese Weise werden Klone in Gruppen - die Fingerprinting Contigs - zusammengefasst, bis nur noch wenige "Löcher" übrig bleiben, für die es keine Überlappungen gibt. "Wir haben es geschafft, die 250.000 Klone auf weniger als 800 Gruppen zusammenzuschmelzen", berichtet Mayer stolz, "möglichst wenige Gruppen zu erhalten ist wichtig, da das Auffüllen der Löcher zwischen den Contigs zeit- und geldintensiv ist".

Mais gehört weltweit zu den wichtigsten Getreidepflanzen. Die bisher erreichten Ergebnisse bringen nicht nur die Wissenschaft einen großen Schritt voran, sondern sie eröffnen auch für die Praxis neue Möglichkeiten, z.B. für die Züchtung neuer leistungsfähiger Sorten. Dabei ist nicht die Erzeugung transgener Pflanzen das Ziel, sondern die konventionelle züchterische Verbesserung. Das Ziel neuer Züchtungen ist das Einkreuzen agronomisch wichtiger Merkmale wie Stress-Toleranz oder höherer Ertrag, um bestehende Maislinien zu verbessern. "Für die Züchtung ist es wichtig, diese Merkmale mit molekularen Sequenzen zu verknüpfen, d.h. wir müssen genetische Marker finden, um die für uns interessanten Bereiche möglichst eng eingrenzen", erläutert Mayer. Bereits mit den bisher vorliegenden Daten können viele Marker entwickelt werden, mit deren Hilfe nach einer konventionellen Kreuzung relativ leicht geprüft werden kann, ob das Ergebnis die gewünschten Eigenschaften trägt. Das nächste Ziel der Wissenschaftler ist nun die vollständige Sequenzierung des Maisgenoms, die in etwa drei bis fünf Jahren abgeschlossen sein könnte.

Michael van den Heuvel | idw
Weitere Informationen:
http://www.gsf.de

Weitere Berichte zu: Erbgut Genom Klone Kreuzung Mais Maisgenom Züchtung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Geteiltes Denken ist doppeltes Denken
19.01.2017 | Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH)

nachricht Neue CRISPR-Methode enthüllt Genregulation einzelner Zellen
19.01.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

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: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Flashmob der Moleküle

19.01.2017 | Physik Astronomie

Tollwutviren zeigen Verschaltungen im gläsernen Gehirn

19.01.2017 | Medizin Gesundheit

Fraunhofer-Institute entwickeln zerstörungsfreie Qualitätsprüfung für Hybridgussbauteile

19.01.2017 | Verfahrenstechnologie