Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Evolution kann Erbgut schnell verkleinern

11.04.2011
Die Ackerschmalwand ist eng mit der Leierblatt-Felsenkresse verwandt, ihr Genom ist aber deutlich kleiner

Man sollte meinen, dass zwei eng verwandten Pflanzenarten ähnliche genetische Baupläne zugrunde liegen. Doch nun haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie in Tübingen zusammen mit einem internationalen Forscherteam erstmals das gesamte Erbgut der Leierblatt-Felsenkresse (Arabidopsis lyrata) entschlüsselt, einer engen Verwandten der Modellpflanze der Genetiker, der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana).

Danach ist das Genom der Leierblatt-Felsenkresse um die Hälfte größer als das der Ackerschmalwand. Die Unterschiede haben sich in evolutionär recht kurzer Zeit herausgebildet. Mit der neuen, qualitativ hochwertigen Genomanalyse ist die Basis gelegt für weitere detaillierte Vergleichsstudien zur Funktion, Ökologie und Evolution der Pflanzengattung Arabidopsis.

Die Größe des Genoms variiert bei verschiedenen Arten im Pflanzenreich stark. Als Extreme des bisher bekannten Spektrums nennen Wissenschaftler die Einbeere (Paris), deren Genom gut tausendfach so lang ist wie das der fleischfressenden Reusenfalle (Genlisea). Doch ist die Verwandtschaft so weitläufig, dass sich kaum feststellen lässt, welche Kräfte der Evolution im Einzelnen gewirkt haben. Daher haben Forscher aus der Abteilung Molekularbiologie von Detlef Weigel am Max-Planck-Institut (MPI) für Entwicklungsbiologie in Tübingen zusammen mit einem internationalen Forscherteam eine Art aus dem engen Umfeld der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), der wohl bestuntersuchten Blütenpflanze in der Genetik, für Evolutionsuntersuchungen ausgewählt. Die Wahl fiel auf die Leierblatt-Felsenkresse (Arabidopsis lyrata), die sich, anders als die Ackerschmalwand, nicht selbst befruchten kann. „Ackerschmalwand und Leierblatt-Felsenkresse hatten noch vor rund zehn Millionen Jahren einen gemeinsamen Vorfahren, dann trennten sich ihre Entwicklungslinien“, erklärt Ya-Long Guo vom MPI für Entwicklungsbiologie.

Das Genom der Ackerschmalwand ist schon seit längerem vollständig entschlüsselt: Es umfasst eine Folge von 125 Millionen Basenpaaren, die auch als Buchstaben des genetischen Alphabets bezeichnet werden. Darunter sind 27.025 Gene, die sich auf fünf Chromosomen verteilen. Die Sequenzierung des Genoms eines nordamerikanischen Stamms der Leierblatt-Felsenkresse ergab nun für diese Art eine um mehr als die Hälfte längere Basenfolge, nämlich 207 Millionen Buchstaben. Allerdings gehen die Wissenschaftler davon aus, dass diese Buchstabenfolgen nicht in allen Bereichen sinnvolle Wörter und Texte ergeben, dass also die Zahl der Gene sich zwischen den beiden Arten der Kreuzblütengewächse nicht ganz so stark unterscheidet: rund 32.670 Gene sind es bei der Leierblatt-Felsenkresse – verteilt auf acht Chromosomen.

Die Wissenschaftler haben festgestellt, dass an einigen Stellen des Ackerschmalwandgenoms umfangreiche Teile entfallen sind. Doch der größere Teil der Unterschiede im Umfang des Genoms kommt durch Hunderttausende von kleinen Kürzungen zustande, die meist in Bereichen zwischen den Genen oder in beweglichen genetischen Elementen, den Transposons, aufgetreten sind. Bei der natürlichen Auswahl der Individuen, die sich besonders erfolgreich fortpflanzen, Selektion in der Sprache der Evolutionsforscher, scheint ein kleineres Genom Vorteile zu haben. Dafür spricht zum Beispiel dieses Detail der neuen Ergebnisse: Durch Selektion scheinen bei der Ackerschmalwand vor allem solche Transposons eliminiert zu werden, die negativ auf die umliegenden Gene wirken. Nach Erkenntnissen der Wissenschaftler gehen auch aktuell weiterhin Elemente aus dem Genom der Ackerschmalwand verloren. „Wir gehen davon aus, dass bei der Leierblatt-Felsenkresse die genetische Ausstattung der gemeinsamen Vorfahren weitgehend erhalten geblieben ist, auch sie hatten acht Chromosomen. Die Ackerschmalwand mit ihrem schlankeren Genom sehen wir als in der Evolution abgeleitete Form an“, sagt Ya-Long Guo.

Für den Tübinger Forscher war überraschend, um wie viel größer das Genom der Leierblatt-Felsenkresse gegenüber dem der Ackerschmalwand ist. Mit der Analyse haben die Forscher die Voraussetzungen für weitere Erkenntnisse darüber geschaffen, wie die Evolution auf der Ebene der Gene und Moleküle bei Pflanzen wirken kann.

An der Studie beteiligte Forscherinnen und Forscher des Max-Planck-Instituts für Entwicklungsbiologie:

Jun Cao, Stephan Ossowski, Korbinian Schneeberger, Ya-Long Guo und Detlef Weigel

Originalpublikation:
Tina T. Hu et. al.: The Arabidopsis lyrata genome sequence and the basis of rapid genome size change, Nature Genetics (10 April 2011), doi: 10.1038/ng.807
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Detlef Weigel
Tel.: 07071 601- 1410
E-Mail: detlef.weigel@tuebingen.mpg.de
Janna Eberhardt
Pressereferentin
Tel.: 07071 601-444
E-Mail: presse@tuebingen.mpg.de
Das Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie betreibt Grundlagenforschung auf den Gebieten der Biochemie, Molekularbiologie, Genetik sowie Zell- und Evolutionsbiologie. Es beschäftigt rund 325 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und hat seinen Sitz auf dem Max-Planck-Campus in Tübingen. Das MPI für Entwicklungsbiologie ist eines der 80 Institute und Forschungseinrichtungen der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

| Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://eb.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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