Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

DNA auf Wanderschaft in der Zelle

04.05.2005


Kölner Max-Planck-Forscher entdecken im Zellkern von Pflanzen Sequenzen, die aus einem Mosaik aus Mitochondrien- und Chloroplasten-DNA bestehen.


Elektronenmikroskopische Aufnahme einer Pflanzenzelle. Die runden bzw. ovalen Mitochondrien (M) sind um ein Vielfaches kleiner als die Chloroplasten (C). In der Mitte der Zelle erkennt man weiß eine große Vakuole (V). 4000fach. Foto: R.D. Hirtz, Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung



Ein nicht unerheblicher Anteil von DNA im Zellkern von Pflanzen stammt aus Mitochondrien und Chloroplasten. Biologen vom Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung in Köln entdeckten einen neuartigen Mechanismus, bei dem wandernde DNA vor ihrem Einbau in den Zellkern wie ein Puzzle aus Mitochondrien- und Chloroplasten-DNA zusammengesetzt wird. Mit ihrer Entdeckung leisten die Forscher einen wesentlichen Beitrag zum besseren Verständnis der Übertragung fremder Gene in den Zellkern (Genome Research 15: 616-628, Mai 2005).



Erbinformation (DNA) ist innerhalb der Zelle auf verschiedene Bereiche verteilt. Mehr als 99% der DNA befindet sich im Zellkern, der Rest ist in so genannten Organellen, den Mitochondrien und Chloroplasten, enthalten. Diese entwickelten sich aus frei lebenden Bakterien, die vor Urzeiten Teil primitiver Zellen wurden. Zunächst nahmen die Zellen bakterielle Vorläufer der Mitochondrien auf, die sich mit der Zeit zu den Kraftwerken der Zellen umwandelten. Die Vorläufer der Pflanzen nahmen dann noch eine weitere Bakterienart auf, was zur Entwicklung der Chloroplasten, den Solarzellen der Pflanze, führte. Die Vorläufer der Mitochondrien und Chloroplasten brachten ihre eigene DNA mit in die Zelle. Ein Großteil davon wurde an den Kern abgegeben. Daher stammen heute mehrere tausend Gene im Zellkern ursprünglich aus diesen Bakterien. Zwar werden heute nur noch selten funktionsfähige Gene von Organellen in den Kern übertragen, aber trotzdem findet noch DNA-Wanderung von den Organellen zum Zellkern statt.

Die Forscher Dario Leister, Christos Noutsos und Erik Richly analysierten systematisch die sequenzierten Genome von Reis und der Modellpflanze Arabidopsis. Dabei untersuchten sie insbesondere die längsten Organell-DNA-Stücke, die erst kürzlich in den Kern gewandert waren. Sie entdeckten dabei Sequenzen, die sich aus vielen kleinen Fragmenten von Organell-DNA zusammensetzen. In der Mai-Ausgabe des internationalen Fachmagazins Genome Research beschreiben die Max-Planck-Forscher, dass die einzelnen Bauteile gleichen Alters sind und erst kurz vor ihrem Einbau in die Kern-DNA zu dieser Mosaik-DNA zusammengefügt worden sein müssen. Wie kommt es aber zu dieser zeitgleichen Einwanderung von DNA-Fragmenten in den Kern und warum entsteht aus diesen Bauteilen die Mosaik-DNA? Nach den Erkenntnissen der Kölner Forscher passiert das höchstwahrscheinlich bei der Fortpflanzung der Pflanzen. Während der Bildung von Pollen kommt es zur Degeneration von Mitochondrien und Chloroplasten. Bei dieser Gelegenheit wird vermutlich DNA freigesetzt, die in den Kern wandert, dort neu kombiniert und dann als Ganzes in die Kern-DNA eingefügt wird. So gibt die Untersuchung der übertragenen Sequenzen wichtige Aufschlüsse über die Mechanismen der DNA-Wanderung und erlaubt wichtige Rückschlüsse darauf, wie fremde DNA in den Zellkern eingebaut wird.

Die Struktur und damit die Funktionsfähigkeit der DNA sind ständig physikalischen, chemischen und biologischen Einflüssen ausgesetzt. In der Zelle kommt es daher regelmäßig zu DNA-Brüchen. Um diese Schäden wieder zu beheben, behilft sich die Zelle mit eigenen Reparaturmechanismen. Bei einer Variante werden fremde DNA-Stücke als "Kitt" eingefügt, um den Bruch zu schließen. Dieser Kitt kann DNA aus Mitochondrien und Chloroplasten sein. Der Klebemechanismus kann jedoch nicht zwischen Kern- und Organell-DNA unterscheiden. Daher kann DNA aus Mitochondrien und Chloroplasten zusammengestückelt werden, bevor sie in die Kern-DNA eingefügt wird.

Claudia Lorenz | idw
Weitere Informationen:
http://www.mpiz-koeln.mpg.de

Weitere Berichte zu: Chloroplasten DNA Mitochondrium Zelle Zellkern

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur
17.08.2017 | Deutsches Krebsforschungszentrum

nachricht Magenkrebs: Auch Bakterien können Auslöser sein
17.08.2017 | Charité – Universitätsmedizin Berlin

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: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

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

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Scharfe Röntgenblitze aus dem Atomkern

17.08.2017 | Physik Astronomie

Fake News finden und bekämpfen

17.08.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Effizienz steigern, Kosten senken!

17.08.2017 | Messenachrichten