Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mais: Viele aktive Gene – hohe Erträge

03.12.2012
Hybrid-Pflanzen bringen deutlich höhere Erträge als reinerbige Sorten. Das wissen Pflanzenzüchter seit rund 100 Jahren und nutzen diesen als „Heterosis“ bezeichneten Effekt für reiche Ernten.

Bislang rätselte die Wissenschaft darüber, welche molekularen Prozesse hinter diesem Phänomen stecken. Forscher der Universität Bonn haben nun mit Kollegen aus den USA und Tübingen an Maiswurzeln einen möglichen Mechanismus entschlüsselt.

In den Mischlingspflanzen sind mehr Gene aktiv als in reinerbigen Sorten. Dies könnte Wachstum und Erträge der Maispflanzen steigern. Die Ergebnisse hat nun die renommierte Fachzeitschrift „Genome Research“ veröffentlicht.

Die Weltbevölkerung wächst immer weiter und muss ernährt werden. Dabei spielen Getreide eine wichtige Rolle, weil sie mehr als 70 Prozent der Nahrungsenergie für die Menschen bereitstellen. Ihre Erträge lassen sich deutlich steigern, wenn Pflanzenzüchter den Heterosis-Effekt nutzen: „Mischlinge – auch Hybride genannt – sind deutlich leistungsfähiger als die reinerbigen Sorten“, sagt Prof. Dr. Frank Hochholdinger, Inhaber des Lehrstuhls für funktionelle Genomik der Nutzpflanzen an der Universität Bonn. Bei Getreidearten wie Mais oder Roggen kann der Heterosis-Effekt sogar zu einer Verdopplung des Ertrags führen. So ist ein Maiskolben einer Hybridpflanze häufig viel größer als der einer reinerbigen Pflanze.
Molekulare Ursachen lagen im Dunkeln

Bei der Herstellung reinerbiger Linien sinken die Erträge von Generation zu Generation in Folge der sogenannten Inzuchtdepression. Deshalb sind die meisten Getreidesorten in Europa und den USA inzwischen Hybride. Warum sind aber die Mischlingspflanzen leistungsfähiger als ihre reinerbigen Verwandten? „Seit mehr als 100 Jahren ist dieser Effekt bekannt – die molekularen Ursachen blieben bis jetzt aber im Dunkeln“, berichtet Erstautorin Dr. Anja Paschold, Mitarbeiterin von Prof. Hochholdinger am Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz. Die Ergebnisse des Forscherteams liefern nun auf molekularbiologischer Ebene Argumente für die bereits 1917 formulierte Komplementationshypothese, nach der sich die vorteilhaften Komponenten des Erbguts der beiden reinerbigen Eltern in Mischlingen gegenseitig ergänzen.

Abschriften zeigen, wie aktiv ein Gen ist

Die Forscher der Universität Bonn verglichen mit ihren Kollegen der Iowa State University und des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie Tübingen in den Wurzeln von jungen Maispflanzen aus reinerbigen und mischerbigen Pflanzen die Genaktivität. Die Gene codieren die Baupläne für wichtige Proteine (Eiweiße). Braucht die Pflanze ein bestimmtes Protein, wird von der DNA im Zellkern eine Abschrift des zugehörigen Gens erstellt. Diese Gen-Kopie – ein sogenanntes Transkript – wird von der Zelle zur Produktion des betreffenden Eiweißes verwendet. „Es ist immer dann ein Transkript vorhanden, wenn das entsprechende Gen aktiv ist“, erläutert Prof. Hochholdinger das Prinzip. Die Forscher suchten nun gezielt danach, von welchen Genen eine solche Abschrift vorlag.
Forscher arbeiteten mit kriminalistischen Methoden

„Unsere Arbeitsweise ähnelt der von Kriminalisten, die versuchen Fingerabdrücke - die Transkripte - einer Verbrecherkartei - den bekannten Genen - zuzuordnen“, schildert Prof. Hochholdinger. Wird ein Fingerabdruck gefunden, ist das der Beweis, dass das zugehörige Gen in der Maiswurzel aktiv ist. „Das verhält sich wie mit den Fingerabdrücken, die die Polizei am Tatort findet“, erläutert der Biologe. „Die Fahnder wissen dann auch, welcher Täter hier aktiv gewesen sein muss.“ Bei der Suche nach den Gen-Abschriften halfen Hochdurchsatz-Sequenzierautomaten am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen. „Von den insgesamt 39.656 bekannten Mais-Genen waren sowohl bei den reinerbigen als auch bei den mischerbigen Pflanzen fast 90 Prozent aktiv“, berichtet Dr. Paschold.
In den Hybriden sind zusätzlich einige hundert Gene aktiv

Es zeigte sich jedoch, dass in den Hybriden noch einige hundert Gene zusätzlich angeschaltet waren. Bei der Vererbung werden immer gleichermaßen Anteile von Vater und Mutter weitergegeben, die jedoch sehr unterschiedlich ausgeprägt sein können. In den Mischlingen kommen diese verschiedenen Anlagen zusammen und werden dann gemeinsam aktiv. „Es handelt sich bei den etwa 350 bis 750 zusätzlich aktiven Genen im Vergleich zu den etwa 34.000 aktiven Genen um eine vergleichsweise geringe Zahl“, sagt Prof. Hochholdinger. „Dennoch könnte der individuell vermutlich sehr geringe Beitrag jedes dieser Gene in Summe für den Wachstumsschub bei den Hybriden sorgen.“
Großer praktischer Nutzen für die Pflanzenzüchtung

Die Forscher wollen nun mehr darüber herausfinden, welchen Vorteil die zusätzliche Genaktivität den Hybriden bringt. Die Erkenntnisse des Forscherteams haben absehbar einen großen praktischen Nutzen. Bislang können Pflanzenzüchter nur aufwändig herausfinden, welche der unzähligen Kombinationen der tausenden verschiedenen Maislinien Hybride mit hoher Leistungsfähigkeit hervorbringen. „Unsere Erkenntnisse könnten dazu beitragen, eine Vorauswahl zu treffen und damit den Züchtungsaufwand geringer zu halten“, sagt Prof. Hochholdinger.
Publikation: Complementation contributes to transcriptome complexity in maize (Zea mays L.) hybrids relative to their inbred parents, Genome Research, DOI: 10.1101/gr.138461.112

Kontakt:

Prof. Dr. Frank Hochholdinger
INRES – Crop Functional Genomics
Tel. 0228/73 60334 oder 73 60331
E-Mail: hochhold@uni-bonn.de

Dr. Anja Paschold
INRES – Crop Functional Genomics
Tel. 0228/ 73 54269
E-Mail: paschold@uni-bonn.de

Johannes Seiler | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de
http://www.uni-bonn.tv/podcasts/20120802_ST_Hochholdinger.mp4/view

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Agrar- Forstwissenschaften:

nachricht Vorwarnsystem per Handy-App: Extremwetterschäden in der Landwirtschaft vermeiden
02.07.2018 | Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V.

nachricht Astronautennahrung für Kühe: Industriell gezüchtete Mikroben als umweltfreundliches Futter
21.06.2018 | Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Agrar- Forstwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Im Focus: Magnetische Wirbel: Erstmals zwei magnetische Skyrmionenphasen in einem Material entdeckt

Erstmals entdeckte ein Forscherteam in einem Material zwei unabhängige Phasen mit magnetischen Wirbeln, sogenannten Skyrmionen. Die Physiker der Technischen Universitäten München und Dresden sowie von der Universität zu Köln können damit die Eigenschaften dieser für Grundlagenforschung und Anwendungen gleichermaßen interessanten Magnetstrukturen noch eingehender erforschen.

Strudel kennt jeder aus der Badewanne: Wenn das Wasser abgelassen wird, bilden sie sich kreisförmig um den Abfluss. Solche Wirbel sind im Allgemeinen sehr...

Im Focus: Neue Steuerung der Zellteilung entdeckt

Wenn eine Zelle sich teilt, werden sämtliche ihrer Bestandteile gleichmässig auf die Tochterzellen verteilt. UZH-Forschende haben nun ein Enzym identifiziert, das sicherstellt, dass auch Zellbestandteile ohne Membran korrekt aufgeteilt werden. Ihre Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung von Krebs, neurodegenerative Krankheiten, Alterungsprozessen und Virusinfektionen.

Man kennt es aus der Küche: Werden Aceto balsamico und Olivenöl miteinander vermischt, trennen sich die beiden Flüssigkeiten. Runde Essigtropfen formen sich,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

Materialien für eine Nachhaltige Wasserwirtschaft – MachWas-Konferenz in Frankfurt am Main

11.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vertikales Begrünungssystem Biolit Vertical Green<sup>®</sup> auf Landesgartenschau Würzburg

16.07.2018 | Architektur Bauwesen

Feinstaub macht Bäume anfälliger gegen Trockenheit

16.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Krebszellen Winterschlaf halten

16.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics