Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Urtümliche Pflanze birgt genetische Überraschungen

07.07.2009
Botaniker der Universitäten Bonn und Bielefeld sind bei genetischen Analysen des Brachsenkrauts auf einige Absonderlichkeiten gestoßen.

Die Forscher haben das Erbgut der so genannten Mitochondrien unter die Lupe genommen - das sind gewissermaßen die "Kraftwerke" der Zelle.

Dabei stellte sich unter anderem heraus, dass die Erbanlagen mehr als 1.500 Fehler enthalten, die die Pflanze vor Umsetzen der Information korrigieren muss. Dazu steht ihr wahrscheinlich ein kompletter "Werkzeugkasten" mit vielen hundert Korrektur-Enzymen zur Verfügung. Möglicherweise gibt es sogar für jeden Fehler ein eigenes Werkzeug.

Mitochondrien zählen zu den Organellen. Das sind Zellbestandteile, die - ähnlich wie im größeren Stil Organe - spezielle Aufgaben übernehmen. So erzeugen Mitochondrien das energiereiche Molekül ATP. Sie werden daher oft auch als "Zellkraftwerke" bezeichnet.

Mitochondrien sind vor mehr als einer Milliarde Jahren aus Bakterien entstanden, die von höheren Zellen aufgenommen wurden. Für diese Endosymbiontentheorie spricht unter anderem, dass die Zellkraftwerke über eine eigene DNA verfügen. "Das Erbgut pflanzlicher Mitochondrien ist dabei häufig viel exotischer aufgebaut als das von Tieren", erklärt Felix Grewe vom Institut für Zelluläre und Molekulare Botanik. "Das ist auch im urtümlichen Brachsenkraut, Isoetes engelmannii, nicht anders."

Die Bonner Botaniker haben das Erbgut der Zellkraftwerke von Isoetes genauer unter die Lupe genommen. Dabei haben sie unter anderem entdeckt, dass die Erbanlagen mehr als 1.500 Fehler enthalten. Das scheint die Pflanze aber nicht weiter zu stören: Die Fehler werden nämlich bei Bedarf korrigiert - und zwar durch einen Satz von vielen hundert spezialisierten Werkzeugen.

Im Grunde genommen ist DNA nichts anderes als eine Art Bibliothek, deren Originalschriften viel zu wichtig sind, als dass man sie verleihen würde. Wer Informationen benötigt, kann jedoch eine Kopie bestellen. Diese enthält dann beispielsweise die Bauanleitung für ein spezielles Protein. In Isoetes ist der Original-Bibliotheksbestand an 1.500 Stellen fehlerhaft. Würde man die Bauanleitungen ungeprüft übernehmen, würden die danach konstruierten Proteine wahrscheinlich gar nicht oder nur schlecht funktionieren. Es gibt aber molekulare "Korrekturleser", die die Fehler berichtigen - allerdings nur in den Kopien. "Möglicherweise gibt es für jeden einzelnen Fehler ein spezialisiertes Molekül, das ihn korrigiert", erklärt Institutsleiter Professor Dr. Volker Knoop.

Letztlich bedeutet das nichts anderes, als dass die korrekte Information in Form dieser Moleküle (deren Bauanleitung ebenfalls Teil der DNA ist) gespeichert ist. Dieses sehr komplexe Prinzip kennt man inzwischen von einigen Pflanzen. Nirgendwo ist es aber so ausufernd anzutreffen wie beim Brachsenkraut. "So eine Korrekturmethode ist naturgemäß sehr fehleranfällig", sagt Knoop. "Das wirft die Frage auf, warum sie sich in Isoetes - und nicht nur dort - bis heute erhalten hat."

Kopien setzen sich selbst zusammen

Eine weitere Entdeckung elektrisierte die Forscher fast noch mehr. Die kopierten Bauanleitungen enthalten nämlich jede Menge "Datenmüll", die so genannten Introns. Diese müssen herausgeschnitten werden, bevor der Rest als Vorlage zur Protein-Produktion verwendet werden kann. Auch beim Menschen werden die "Arbeitskopien" entsprechend nachbearbeitet.

Manche Kopien können ihre Introns sogar selbst entsorgen - sie sind gewissermaßen ihre eigene Schere. Im Brachsenkraut fanden die Bonner Botaniker nun einen noch exotischeren Mechanismus: Dort ist die Bauanleitung eines bestimmten Proteins im Laufe der Evolution innerhalb eines Introns zerbrochen. Um dieses Protein herzustellen, muss man also zwei verschiedene Kopien aus der Bibliothek ausleihen. Beide Kopien enden mit einer Intronhälfte, die herausgeschnitten werden muss. Die beiden Reste müssen dann noch passend zusammengeklebt werden, damit die Bauanleitung komplett ist.

Das hört sich ziemlich komplex an. Und dennoch scheinen die beiden Kopien dafür nicht einmal fremde Hilfe zu benötigen. Hand in Hand arbeiten sie wie Schere und Klebstoff: Sie entfernen den Datenmüll und verknüpfen den Rest zu einer lesbaren Kopie, die die komplette Bauanleitung des Proteins enthält. Das Phänomen nennt sich "trans-spleißen" und wurde für diese Art von Introns zum ersten Mal nachgewiesen. Felix Grewe, der über Isoetes seine Doktorarbeit schreibt: "Das es ein interessantes Thema sein würde, war mir klar - mit so vielen molekularen Neuigkeiten hatten wir aber nicht gerechnet." Volker Knoop ergänzt: "Und es bleibt spannend: Warum die DNA-Evolution in den Mitochondrien bei Pflanzen in den letzten 500 Millionen Jahren so exotisch und ganz anders verlief als bei Tieren, wissen wir noch nicht."

Die Studie ist in der Zeitschrift "Nucleic Acids Research" erschienen.

Kontakt:
Professor Dr. Volker Knoop
Institut für Zelluläre und Molekulare Botanik der Uni Bonn
Telefon: 0228/73-6466
E-Mail: volker.knoop@uni-bonn.de
Felix Grewe
Telefon: 0228/73-5507
E-Mail: mail@felixgrewe.de

Frank Luerweg | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mainzer Physiker gewinnen neue Erkenntnisse über Nanosysteme mit kugelförmigen Einschränkungen
27.06.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Glykane als Biomarker für Krebs?
27.06.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zu aktuellen Fragen der Stammzellforschung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Fraunhofer FKIE ist Gastgeber für internationale Experten Digitaler Mensch-Modelle

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mainzer Physiker gewinnen neue Erkenntnisse über Nanosysteme mit kugelförmigen Einschränkungen

27.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wave Trophy 2017: Doppelsieg für die beiden Teams von Phoenix Contact

27.06.2017 | Unternehmensmeldung

Warnsystem KATWARN startet international vernetzten Betrieb

27.06.2017 | Informationstechnologie