Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Evolution kann Erbgut schnell verkleinern

11.04.2011
Die Ackerschmalwand ist eng mit der Leierblatt-Felsenkresse verwandt, ihr Genom ist aber deutlich kleiner

Man sollte meinen, dass zwei eng verwandten Pflanzenarten ähnliche genetische Baupläne zugrunde liegen. Doch nun haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen zusammen mit einem internationalen Forscherteam erstmals das gesamte Erbgut der Leierblatt-Felsenkresse (Arabidopsis lyrata) entschlüsselt, einer engen Verwandten der Modellpflanze der Genetiker, der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana).

Danach ist das Genom der Leierblatt-Felsenkresse um die Hälfte größer als das der Ackerschmalwand. Die Unterschiede haben sich in evolutionär recht kurzer Zeit herausgebildet. Mit der neuen, qualitativ hochwertigen Genomanalyse ist die Basis gelegt für weitere detaillierte Vergleichsstudien zur Funktion, Ökologie und Evolution der Pflanzengattung Arabidopsis.

Die Größe des Genoms variiert bei verschiedenen Arten im Pflanzenreich stark. Als Extreme des bisher bekannten Spektrums nennen Wissenschaftler die Einbeere (Paris), deren Genom gut tausendfach so lang ist wie das der fleischfressenden Reusenfalle (Genlisea). Doch ist die Verwandtschaft so weitläufig, dass sich kaum feststellen lässt, welche Kräfte der Evolution im Einzelnen gewirkt haben. Daher haben Forscher aus der Abteilung Molekularbiologie von Detlef Weigel am Max-Planck-Institut (MPI) für Entwicklungsbiologie in Tübingen zusammen mit einem internationalen Forscherteam eine Art aus dem engen Umfeld der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), der wohl bestuntersuchten Blütenpflanze in der Genetik, für Evolutionsuntersuchungen ausgewählt. Die Wahl fiel auf die Leierblatt-Felsenkresse (Arabidopsis lyrata), die sich, anders als die Ackerschmalwand, nicht selbst befruchten kann. „Ackerschmalwand und Leierblatt-Felsenkresse hatten noch vor rund zehn Millionen Jahren einen gemeinsamen Vorfahren, dann trennten sich ihre Entwicklungslinien“, erklärt Ya-Long Guo vom MPI für Entwicklungsbiologie.

Das Genom der Ackerschmalwand ist schon seit längerem vollständig entschlüsselt: Es umfasst eine Folge von 125 Millionen Basenpaaren, die auch als Buchstaben des genetischen Alphabets bezeichnet werden. Darunter sind 27.025 Gene, die sich auf fünf Chromosomen verteilen. Die Sequenzierung des Genoms eines nordamerikanischen Stamms der Leierblatt-Felsenkresse ergab nun für diese Art eine um mehr als die Hälfte längere Basenfolge, nämlich 207 Millionen Buchstaben. Allerdings gehen die Wissenschaftler davon aus, dass diese Buchstabenfolgen nicht in allen Bereichen sinnvolle Wörter und Texte ergeben, dass also die Zahl der Gene sich zwischen den beiden Arten der Kreuzblütengewächse nicht ganz so stark unterscheidet: rund 32.670 Gene sind es bei der Leierblatt-Felsenkresse – verteilt auf acht Chromosomen.

Die Wissenschaftler haben festgestellt, dass an einigen Stellen des Ackerschmalwandgenoms umfangreiche Teile entfallen sind. Doch der größere Teil der Unterschiede im Umfang des Genoms kommt durch Hunderttausende von kleinen Kürzungen zustande, die meist in Bereichen zwischen den Genen oder in beweglichen genetischen Elementen, den Transposons, aufgetreten sind. Bei der natürlichen Auswahl der Individuen, die sich besonders erfolgreich fortpflanzen, Selektion in der Sprache der Evolutionsforscher, scheint ein kleineres Genom Vorteile zu haben. Dafür spricht zum Beispiel dieses Detail der neuen Ergebnisse: Durch Selektion scheinen bei der Ackerschmalwand vor allem solche Transposons eliminiert zu werden, die negativ auf die umliegenden Gene wirken. Nach Erkenntnissen der Wissenschaftler gehen auch aktuell weiterhin Elemente aus dem Genom der Ackerschmalwand verloren. „Wir gehen davon aus, dass bei der Leierblatt-Felsenkresse die genetische Ausstattung der gemeinsamen Vorfahren weitgehend erhalten geblieben ist, auch sie hatten acht Chromosomen. Die Ackerschmalwand mit ihrem schlankeren Genom sehen wir als in der Evolution abgeleitete Form an“, sagt Ya-Long Guo.

Für den Tübinger Forscher war überraschend, um wie viel größer das Genom der Leierblatt-Felsenkresse gegenüber dem der Ackerschmalwand ist. Mit der Analyse haben die Forscher die Voraussetzungen für weitere Erkenntnisse darüber geschaffen, wie die Evolution auf der Ebene der Gene und Moleküle bei Pflanzen wirken kann.

An der Studie beteiligte Forscherinnen und Forscher des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie:

Jun Cao, Stephan Ossowski, Korbinian Schneeberger, Ya-Long Guo und Detlef Weigel

Originalpublikation:
Tina T. Hu et. al.: The Arabidopsis lyrata genome sequence and the basis of rapid genome size change, Nature Genetics (10 April 2011), doi: 10.1038/ng.807
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Detlef Weigel
Tel.: 07071 601- 1410
E-Mail: detlef.weigel@tuebingen.mpg.de
Janna Eberhardt
Pressereferentin
Tel.: 07071 601-444
E-Mail: presse@tuebingen.mpg.de
Das Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie betreibt Grundlagenforschung auf den Gebieten der Biochemie, Molekularbiologie, Genetik sowie Zell- und Evolutionsbiologie. Es beschäftigt rund 325 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und hat seinen Sitz auf dem Max-Planck-Campus in Tübingen. Das MPI für Entwicklungsbiologie ist eines der 80 Institute und Forschungseinrichtungen der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

| Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://eb.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut
20.10.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Aus der Moosfabrik
20.10.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

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: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise