Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Auf den historischen Spuren der Süßkartoffel

24.08.2017

Die Süßkartoffel gewinnt immer mehr an Popularität in unserer heimischen Küche. Mit unserer Kartoffel pflegt sie allerdings nur eine sehr entfernte Verwandtschaft. Wie erstaunlich komplex das Erbgut der Süßkartoffel ist, haben nun Forscher des Chenshan Botanischen Gartens (CSBG) in Shanghai, des Max-Planck-Instituts für Molekulare Genetik (MPIMG) in Berlin, des Shanghai Instituts für Pflanzenphysiologie und Ökologie (SIPPE), der Tai’an Akademie für Agrarwissenschaften (TAAS) in Shandong und des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPIMP) in Potsdam in einem gemeinsamen Projekt aufgezeigt und ihre Ergebnisse in dem Fachjournal Nature Plants veröffentlicht.

Die Forschung an Kulturpflanzen steht neben der Forschung an Modelpflanzen, wie dem weltweit verbreiteten Wildkraut Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), im Fokus vieler Wissenschaftler. Neben dem Verständnis der verschiedenen Pflanzen im Allgemeinen, stehen häufig auch Züchtungsziele, wie die Ertragssteigerung von Nutzpflanzen oder die Erhöhung der Resistenz gegen wechselnde Klimabedingungen im Fokus der Forschung. Im Angesicht einer wachsenden Weltbevölkerung sind dies wichtige Schritte zur Sicherung der Nahrung.


Die hexaploide Süßkartoffel hat einen sechsfachen Chromosomensatz.

Jun Yang

Die Entschlüsselung des Erbguts einer Pflanze ist ein erster Schritt, um diese besser zu verstehen. In Deutschland zählen Kartoffeln und Weizen zu den wichtigsten Kulturpflanzen, die entsprechend gut untersucht und charakterisiert sind. Nun ist es gelungen eine weitere global wichtige Nutzpflanze ein Stück weit besser zu verstehen.

Den Forschern der fünf Institutionen in China und Deutschland ist es gelungen das komplette Genom der Süßkartoffel zu sequenzieren. Die Süßkartoffel mit dem lateinischen Namen Ipomoea batatas gehört zu der Familie der Windengewächse und ist mit mehr als 100 Millionen Tonnen pro Jahr die siebentwichtigste Nutzpflanze der Welt. In China hat sie sogar einen noch größeren Stellenwert.

Bereits im Vorfeld war klar, dass die Süßkartoffel mit ihrem komplexen Genom ein schwieriger Kandidat für die komplette Sequenzierung darstellen würde. Immerhin bringt sie es auf 90 Chromosomen, was selbst für Pflanzen eine doch recht beträchtliche Menge ist. Wie auch beim Weizen liegt hier ein sechsfacher Chromosomensatz vor.

Dieses Phänomen nennt man Polyploidie und es beschreibt das Vorliegen von mehr als einem „normalen“ diploiden Chromosomensatz (2n) in einem Genom. Im Fall von Süßkartoffel und Weizen spricht man von einem hexaploiden Chromosomensatz, in dem jedes Chromosom in sechsfacher Kopie, statt doppelter Ausführung vorliegt. Aber wie kann es zu solch einer Vervielfältigung der Chromosomen in Pflanzen kommen? Ursache kann eine fehlende Trennung der homologen Chromosomen während der Meiose sein. Dies kann zum Beispiel geschehen, wenn die dafür notwendigen Spindelfasern nicht richtig ausgebildet werden, wofür es verschiedenste Ursachen geben kann.

Man weiß heute, dass spontane Mutationen, genauso wie Gifte oder äußere Umwelteinflüsse zu diesem fehlerhaften Separieren der Chromosomen führen können. Dies kann durchaus negative Auswirkungen haben und sogar zum Absterben des Organismus führen. Im Falle von Pflanzen ist dieser Effekt jedoch auch manchmal durchaus positiv und kann zu einer beschleunigten Evolution einer Pflanzenspezies führen.

Ein besonderes Beispiel dafür findet man in der Evolutionsreihe unseres Weizens, bei welchem aus einer Mehrzahl von zufälligen Kreuzungen aus dem nur diploiden Einkorn (2n) der heute für uns so wichtige hexaploide Weichweizen (6n) entstanden ist. Ursache war hier die Einkreuzung von anderen Wildgräsern, deren diploider Chromosomensatz komplett in das Getreidegenom integriert wurde. So entstand zunächst aus dem Einkorn (2n) und einem Wildgras (2n) der tetraploide Emmer (4n), der sich ebenfalls spontan mit einem weiteren Wildgras (2n) kreuzte, welche somit den dritten diploiden Chromosomensatz in unseren heutigen hexaploiden Weichweizen brachte.

In ihrer in Nature Plants veröffentlichten Studie zeigen die Forscher, dass die heutige Süßkartoffel vor ca. 500.000 Jahren eine ähnliche Evolution durchgemacht hat. Sie entstand aus einer Kreuzung zwischen einem diploiden sowie einem tetraploiden Vorfahren und weist somit ebenfalls einen sechsfachen Chromosomensatz auf.

Mit Hilfe einer neu entwickelten Typisierungsmethode konnten die Wissenschaftler genau nachvollziehen welches der 90 Chromosomen von welcher Vorgängerpflanze stammte. Ebenfalls fanden sie heraus, dass einige Gene auf den jeweils 6 homologen Chromosomen bereits eine starke Anhäufung von Mutationen besitzen. Dies deutet darauf hin, dass die in sechsfacher Kopie vorliegenden Chromosomen einem viel schwächeren Selektionsdruck unterworfen sind. Die Polyploidie verleiht demnach einen evolutionären Vorteil. Oder anders gesagt: durch die Hexaploidie können sich diese Fehler in der Süßkartoffel akkumulieren ohne Auffälligkeiten in der Pflanze zu zeigen.

Kontakt
Prof. Alisdair Fernie
Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie
Tel. 0331/567 8211
fernie@mpimp-golm.mpg.de

Dr. Jana Dotzek und Dr. Ulrike Glaubitz
Referentinnen für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie
Tel. 0331/567 8275
pr@mpimp-golm.mpg.de
http://www.mpimp-golm.mpg.de

Originalveröffentlichung
Jun Yang, M-Hossein Moeinzadeh, Heiner Kuhl, Johannes Helmuth, Peng Xiao, Stefan Haas, Guiling Liu, Jianli Zheng, Zhe Sun, Weijuan Fan, Gaifang Deng, Hongxia Wang, Fenhong Hu, Shanshan Zhao, Alisdair R Fernie, Stefan Boerno, Bernd Timmermann, Peng Zhang & Martin Vingron. Haplotype-resolved sweet potato genome traces back its hexaploidization history. Nature Plants, 2017; DOI: 10.1038/41477-017-0002.

Wissenswertes:
http://www.komm-ins-beet.mpg.de/wissenswertes/zuechtungsverfahren/auslesezuechtu...

Weitere Informationen:

http://www.mpimp-golm.mpg.de/2154870/suesskartoffel
http://www.komm-ins-beet.mpg.de/wissenswertes/zuechtungsverfahren/auslesezuechtu...

Dr. Ulrike Glaubitz | Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neurodermitis: erhöhte Salzkonzentration in erkrankter Haut
21.02.2019 | Technische Universität München

nachricht Wie Pflanzen lernten, Wasser zu sparen
21.02.2019 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Diamanten, die besten Freunde der Quantenwissenschaft - Quantenzustand in Diamanten gemessen

Mithilfe von Kunstdiamanten gelang einem internationalen Forscherteam ein weiterer wichtiger Schritt in Richtung Hightech-Anwendung von Quantentechnologie: Erstmals konnten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen den Quantenzustand eines einzelnen Qubits in Diamanten elektrisch zu messen. Ein Qubit gilt als die Grundeinheit der Quanteninformation. Die Ergebnisse der Studie, die von der Universität Ulm koordiniert wurde, erschienen jüngst in der renommierten Fachzeitschrift Science.

Die Quantentechnologie gilt als die Technologie der Zukunft. Die wesentlichen Bausteine für Quantengeräte sind Qubits, die viel mehr Informationen verarbeiten...

Im Focus: Wasser ist homogener als gedacht

Um die bekannten Anomalien in Wasser zu erklären, gehen manche Forscher davon aus, dass Wasser auch bei Umgebungsbedingungen aus einer Mischung von zwei Phasen besteht. Neue röntgenspektroskopische Analysen an BESSY II, der ESRF und der Swiss Light Source zeigen jedoch, dass dies nicht der Fall ist. Bei Raumtemperatur und normalem Druck bilden die Wassermoleküle ein fluktuierendes Netz mit durchschnittlich je 1,74 ± 2.1% Donator- und Akzeptor-Wasserstoffbrückenbindungen pro Molekül, die eine tetrahedrische Koordination zwischen nächsten Nachbarn ermöglichen.

Wasser ist das „Element“ des Lebens, die meisten biologischen Prozesse sind auf Wasser angewiesen. Dennoch gibt Wasser noch immer Rätsel auf. So dehnt es sich...

Im Focus: Licht von der Rolle – hybride OLED ermöglicht innovative funktionale Lichtoberflächen

Bislang wurden OLEDS ausschließlich als neue Beleuchtungstechnologie für den Einsatz in Leuchten und Lampen verwendet. Dabei bietet die organische Technologie viel mehr: Als Lichtoberfläche, die sich mit den unterschiedlichsten Materialien kombinieren lässt, kann sie Funktionalität und Design unzähliger Produkte verändern und revolutionieren. Beispielhaft für die vielen Anwendungsmöglichkeiten präsentiert das Fraunhofer FEP gemeinsam mit der EMDE development of light GmbH im Rahmen des EU-Projektes PI-SCALE auf der Münchner LOPEC (19. bis 21. März 2019), erstmals in Textildesign integrierte hybride OLEDs.

Als Anbieter von Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen auf dem Gebiet der organischen Elektronik setzt sich das Fraunhofer FEP schon lange mit der...

Im Focus: Light from a roll – hybrid OLED creates innovative and functional luminous surfaces

Up to now, OLEDs have been used exclusively as a novel lighting technology for use in luminaires and lamps. However, flexible organic technology can offer much more: as an active lighting surface, it can be combined with a wide variety of materials, not just to modify but to revolutionize the functionality and design of countless existing products. To exemplify this, the Fraunhofer FEP together with the company EMDE development of light GmbH will be presenting hybrid flexible OLEDs integrated into textile designs within the EU-funded project PI-SCALE for the first time at LOPEC (March 19-21, 2019 in Munich, Germany) as examples of some of the many possible applications.

The Fraunhofer FEP, a provider of research and development services in the field of organic electronics, has long been involved in the development of...

Im Focus: Laserverfahren für funktionsintegrierte Composites

Composites vereinen gewinnbringend die Vorteile artungleicher Materialien – und schöpfen damit zum Beispiel Potentiale im Leichtbau aus. Auf der JEC World 2019 im März in Paris präsentieren die Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein breites Spektrum an laserbasierten Technologien für die effiziente Herstellung und Bearbeitung von Verbundmaterialien. Einblicke zu Füge- und Trennverfahren sowie zur Oberflächenstrukturierung erhalten Besucher auf dem Gemeinschaftsstand des Aachener Zentrums für integrativen Leichtbau AZL, Halle 5A/D17.

Experten des Fraunhofer ILT erforschen und entwickeln Laserprozesse für das wirtschaftliche Fügen, Schneiden, Abtragen oder Bohren von Verbundmaterialien –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Tagung rund um zuverlässige Verbindungen

20.02.2019 | Veranstaltungen

LastMileLogistics Conference in Frankfurt befasst sich mit Lieferkonzepten für Ballungsräume

19.02.2019 | Veranstaltungen

Bildung digital und multikulturell: Große Fachtagung GEBF findet an der Uni Köln statt

18.02.2019 | Veranstaltungen

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

Wie Pflanzen lernten, Wasser zu sparen

21.02.2019 | Biowissenschaften Chemie

Neurodermitis: erhöhte Salzkonzentration in erkrankter Haut

21.02.2019 | Biowissenschaften Chemie

Neues Trocknungsverfahren für Batterieproduktion

21.02.2019 | Energie und Elektrotechnik

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