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Supersize my genome

31.05.2013
Genetiker der Universität Jena an der Entschlüsselung des bislang größten Genoms beteiligt
Sie bevölkern seit mehr als 300 Millionen Jahren unseren Planeten und haben sich in dieser Zeit – rein äußerlich – doch kaum verändert: Nadelhölzer (Koniferen) gehören zu den erfolgreichsten Samenpflanzen der Welt. Unter ihnen finden sich mit den Mammutbäumen nicht nur die größten Exemplare, sondern auch die ältesten. So gilt eine „Old Tjikko“ genannte Fichte in Schweden mit neuneinhalbtausend Jahren als ältester lebender Baum.

Doch unter dem Nadelkleid, hat sich im Laufe der Evolution einiges getan, wie ein internationales Forscherteam jetzt belegen kann. Die Forscher haben erstmals das vollständige Genom eines Nadelbaumes entschlüsselt. In der heute (30. Mai) erscheinenden Ausgabe des Fachmagazins „Nature“ präsentieren die Wissenschaftler, darunter auch Genetiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena, die Genomdaten der Gemeinen Fichte – und damit das bislang größte sequenzierte Genom (DOI: 10.1038/nature12211).

„Mit rund 20 Milliarden Basenpaaren ist das Genom der Fichte etwa 6-mal so groß wie das des Menschen“, verdeutlicht Prof. Dr. Günter Theißen von der Universität Jena. Der Inhaber des Lehrstuhls für Genetik und seine Mitarbeiterin Dr. Lydia Gramzow haben als einzige deutsche Wissenschaftler an der vorliegenden Studie mitgearbeitet. „Interessant ist dabei, dass das Genom – obwohl es so groß ist – nicht mehr Gene enthält als vergleichbare Organismen“, so Theißen. Das rund 100-mal kleinere Genom der Modellpflanze Acker-Schmalwand etwa enthalte ähnlich viele Gene. „Im Laufe der Evolution scheint sich im Erbgut der Fichte sehr viel nicht-kodierende DNA angesammelt und das Genom zu seiner jetzigen enormen Größe aufgebläht zu haben“, vermutet Theißen.

Doch nicht dieses „genetische Übergewicht“ der Fichte steht im Fokus der Jenaer Forscher. „Anhand der nun vorliegenden Sequenz können wir gezielt nach Genen suchen“, erläutert Lydia Gramzow. Die Genetiker interessiert vor allem die Frage, welche Gene mit welcher Funktion bei der Fichte vorkommen, die es auch bei den aus gemeinsamen Vorfahren entstandenen Blütenpflanzen gibt, auf deren genetische Entwicklung Prof. Theißen und sein Team spezialisiert sind.

In der vorliegenden Arbeit haben die Forscher der Uni Jena daher im Erbgut der Fichte nach Genen gesucht, die in Blütenpflanzen unter anderem die Entwicklung der Blüten steuern. Diese sogenannten MADS-Box-Gene fungieren als molekulare Schalter, die die Aktivität anderer Gene an- bzw. abschalten können. In Blütenpflanzen kommen zwei unterschiedliche Typen von MADS-Box-Genen vor. „Wie wir in der vorliegenden Studie zeigen konnten, sind die bei Blütenpflanzen sehr weit verbreiteten Typ I MADS-Box-Gene in der Fichte nur zu einem geringeren Anteil vorhanden“, nennt Lydia Gramzow ein Ergebnis. Damit sei die Funktion dieser Gene, über die auch in Blütenpflanzen nur wenig bekannt ist, aber eher noch mysteriöser geworden. „Wir haben aber MADS-Box-Gene des Typ II gefunden“, so Dr. Gramzow weiter, „welche offenbar bei der Evolution der Blüte für neue Funktionen rekrutiert worden sind“.

Neben diesem wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn zur Evolution der Nacktsamer (Gymnospermen), zu denen neben den Nadelhölzern unter anderem auch Gingko und Palmfarne gehören, sind die jetzt veröffentlichten Ergebnisse auch von großem wirtschaftlichem Wert. „Nadelbäume wie Fichte, Kiefer und Tanne sind in Europa, aber auch in Russland und Nordamerika, die Hauptlieferanten für Nutzholz“, weiß Prof. Theißen. Anhand der nun vorliegenden Genkarten sei eine viel zielgerichtetere und vor allem zeitsparendere Züchtung neuer Sorten möglich – ohne dass man erst 20 oder 30 Jahre auf das Ergebnis warten muss.

Original-Publikation:
Nystedt B. et al. The Norway spruce genome sequence and conifer genome evolution, Nature (2013), DOI: 10.1038/nature12211

Kontakt:
Prof. Dr. Günter Theißen, Dr. Lydia Gramzow
Lehrstuhl für Genetik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Philosophenweg 12, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 949550
E-Mail: guenter.theissen[at]uni-jena.de, lydia.gramzow[at]uni-jena.de

Dr. Ute Schönfelder | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de

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