Genom einer Modellpflanze für Getreide entschlüsselt / Forscher entschlüsseln Getreidemodell

Die Ergebnisse der Arbeit, an der die Gruppe „Pflanzliche Genomforschung“ um Dr. Klaus Mayer vom Institut für Bioinformatik und Systembiologie des Helmholtz Zentrums München maßgeblich beteiligt ist, sind in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Brachypodium distachyon – die Zwenke – ist ein wild wachsendes Süßgras, das mit Gerste und Weizen nah verwandt ist. Durch die nahe Verwandtschaft und das verhältnismäßig kleine Genom stellt es ein hervorragendes Referenzgenom für die genetische und genomische Analyse der wesentlich komplexeren Genome unserer Getreide dar. Das Genom von Brachypodium distachyon ist mit fünf Chromosomen und 272 Megabasenpaaren für eine Graspflanze relativ klein: Die Genome der Kulturformen von Gerste und Weizen sind 20- bis 60-mal so groß und übertreffen auch das menschliche Genom um das Doppelte bzw. Fünffache.

Zur Analyse des Genoms wandten die Wissenschaftler die „Schrotschuss-Methode“ an: Die DNA wird mehrfach kopiert, wie mit einem Schrotschuss in viele kleine Fragmente zerteilt, sequenziert und dann zusammengesetzt. Dank der jetzt bekannten Gensequenz kann Brachypodium in Zukunft wesentlich zur Analyse der strukturellen und funktionellen Genomik der Süßgräser beitragen, deren mehr als 10.000 Arten die Hauptbasis der Ernährung von Mensch und Tier bilden.

Angesichts des riesigen Genoms der meisten Süßgräser war es bisher unmöglich, ihre Genome zu analysieren und zu vergleichen. Das ist nun anders, wie Klaus Mayer erläutert: „Wenn wir in einem bekannten Genom, eben dem von Brachypodium, die in der Evolution konservierte Anordnung von Genen kennen, können wir in anderen Genomen gezielt danach suchen. Solche Referenzgene liefern uns sozusagen eine Inventarliste und ein Regalsystem, in dem wir die meisten Gene auch großer Genome wie der Gerste und des Weizens wiederfinden und anordnen können. Die molekularen Daten sind so leichter zu interpretieren. Damit wird die Analyse der großen Getreidegenome revolutioniert.“

So entdeckten die Wissenschaftler des Konsortiums mehrere Zehntausend genetische Beziehungen zwischen Brachypodium, Reis, Sorghum und Weizen. Diese generelle Ähnlichkeit in Gengehalt und -struktur unterstreicht den Wert des Brachypodiums als Modell für die funktionelle Genomik unserer Getreide. Die vergleichende Genomanalyse gibt Aufschluss etwa über die Evolution der Genomgröße, Verteilung und Vervielfältigung von Genen oder Rekombinationsvorgänge; sie hilft, Gene zu identifizieren und ihre Funktion aufzuklären.

Die Analyse des Genoms Brachypodiums, erklärt Mayer, ist ein wesentlicher Fortschritt zur nachhaltigen Sicherung der Nahrungsgrundlage des Menschen. Die neu gewonnenen Erkenntnisse sind Voraussetzung dafür, gezielt verbesserte Getreidesorten zu züchten und tragen so zum effizienten Anbau von Nahrungs- und Futtermitteln unter sich ändernden Umweltbedingungen bei.

Weitere Informationen

Originalveröffentlichung: The International Brachypodium Initiative, Genome sequencing and analysis of the model grass Brachypodium distachyon, Nature 463, 763-768 (11 February 2010) | doi:10.1038/nature08747

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