Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wenn Erbgut in die nächste Pflanzengeneration „geschmuggelt“ wird

10.02.2020

Mit einer neuen aufsehenerregenden Studie ist dem Team um die Molekulargenetikerin Rita Groß-Hardt von der Universität Bremen der Nachweis gelungen, dass man im Reproduktionsprozess von Pflanzen Erbgut an „Qualitäts-Checkpunkten“ vorbeischmuggeln kann. Das Forschungsergebnis der Bremer Arbeitsgruppe ist unter anderem für die Landwirtschaft der Zukunft von hoher Relevanz, weil mit diesem Wissen künftig auch weiter entfernte Arten miteinander gekreuzt werden könnten.

Vater, Mutter, Kind: Das ist die klassische Fortpflanzungsstrategie in der Natur, sowohl bei Tieren als auch bei Pflanzen. Zumindest für die Pflanzenwelt gelten seit 2017 andere Regeln – denn in diesem Jahr wies die Arbeitsgruppe der Molekularbiologin Rita Groß-Hardt nach, dass Pflanzen drei Eltern haben können: eine Mutter und zwei Väter. Das Team der Universität Bremen hatte mit dem Forschungsergebnis für viel Aufsehen in der Fachwelt gesorgt.


Bedeutender Forschungserfolg: Das an der Universität Bremen entwickelte Verfahren der „Drei-Eltern-Kreuzung“ wurde mittlerweile für Europa, die USA und China zum Patent angemeldet.

Jonas Ginter / InnoWi


DNA-„Schmuggel“ nachgewiesen: Dr. Yanbo Mao, Professorin Rita Groß-Hardt und Dr. Thomas Nakel von der Universität Bremen.

Jonas Ginter / InnoWi

Nun hat die Arbeitsgruppe mit Dr. Yanbo Mao als Erstautorin eine weitere bemerkenswerte Arbeit nachgelegt. Das angesehene britische Wissenschaftsjournal eLife hat soeben ihre neue Studie veröffentlicht, in der nachgewiesen wird, dass Pflanzen Erbgut an DNA-Kontrollpunkten vorbei schmuggeln können.

„Pflanzenzüchter streben danach, die guten Eigenschaften von zwei verschiedenen Pflanzen durch Kreuzung zu vereinen. Man spricht dabei von Hybridisierung“, erläutert Rita Groß-Hardt. „Diese Hybridisierung hat aber Grenzen: Wenn die beiden Pflanzen nur entfernt miteinander verwandt sind, funktioniert die Kreuzung oftmals nicht. Das ist ähnlich wie in der Tierwelt, wo ein Hirsch und ein Pferd ja auch keine Nachkommen zeugen können.“

DNA-Qualität wird permanent überprüft

Doch wer entscheidet, ob es mit der Pflanzenkreuzung klappt? „In der Pflanze wird an verschiedenen Stellen überprüft, ob die Gene des Vaters verwandt genug mit denen der Mutter sind“, erklärt die Molekularbiologin.

„Diese Barrieren liegen nicht nur in der Eizelle. Viel kritischer ist, dass das Erbgut auch durch das umgebende Nährgewebe muss. Dieses führt eine regelrechte Qualitätskontrolle durch und prüft die DNA hinsichtlich Chromosomenzahl und Verwandtschaftsgrad. Wenn die DNA des Vaters dieser Prüfung nicht standhält, stirbt der Same ab.“

Soweit der Normalfall. Die Forscherinnen und Forscher aus Bremen wiesen schon 2017 nach, dass in seltenen Fällen mehr als eine Spermazelle mit einer Eizelle verschmelzen kann. „Dann spricht man von Polyspermie“, so Groß-Hardt. Wenn die beiden Spermazellen von zwei verschiedenen Vätern kommen, haben die Nachkommen drei Eltern.

„Heimlich“ in die nächste Generation

„Was unser Team – allen voran Yanbo Mao – nun herausgefunden hat: Während die DNA des ersten Vaters durch die Qualitätskontrolle des Nährgewebes muss, kann das Erbgut des zweiten Vaters an diesem Kontrollpunkt vorbeigeschleust werden.“ Polyspermie bietet so die Möglichkeit, zusätzliches väterliches Erbgut förmlich „in die nächste Generation zu schmuggeln.“

Die aktuellen Forschungsergebnisse erweitern nicht nur in erheblichem Maße das Verständnis um die Fortpflanzung der Pflanzen – sie können mittelfristig auch Auswirkungen auf die Landwirtschaft haben. „Unser Planet verändert sich schneller, als uns lieb sein kann. Die konventionelle Pflanzenzucht kommt mit den starken Veränderungen durch den Klimawandel nicht hinterher“, erläutert die Forscherin.

„Wir benötigen dringend Pflanzen mit einer erhöhten Widerstandsfähigkeit beispielsweise gegen Trockenheit und Hitze. Wenn wir jetzt durch unsere Forschungsergebnisse einige Hybridierungsbarrieren umgehen und dadurch auch die positiven Eigenschaften von weiter entfernten Arten nutzbar machen können, wäre das ein Beitrag für die landwirtschaftlichen Herausforderungen der Zukunft.“ Mittlerweile kooperiert die Uni-Forschungsgruppe mit KWS SAAT SE & Co. KGaA, dem größten Saatguthersteller Europas.

Patentanmeldung für Europa, die USA und China

Der Nachweis der beschriebenen Vorgänge auf molekulargenetischer Ebene ist aufwändige Arbeit, weil dazu neue Verfahren kreiert werden mussten. Die Arbeitsgruppe von Rita Groß-Hardt entwickelte ein molekularbiologisches Werkzeug, bei dem der Same, der das genetische Material von zwei Vätern enthält, eine andere Samenfarbe annahm als der „normale“ Samen. So ließ er sich eindeutig identifizieren.

Das an der Universität Bremen entwickelte Verfahren der „Drei-Eltern-Kreuzung“ wurde mittlerweile für Europa, die USA und China zur Patentierung eingereicht, wobei die bremische Patentverwertungsagentur InnoWi an der schutzrechtlichen Sicherung und Vermarktung der wissenschaftlichen Ergebnisse mitwirkte.

Gefördert werden die Forschungen von Rita Groß-Hardt schon seit 2015 durch den Europäischen Forschungsrat (englisch European Research Council / ERC). Er sprach der Wissenschaftlerin den mit rund zwei Millionen Euro ausgestatteten renommierten „ERC Consolidator Grant“ zu, für den sie sehr dankbar ist: „Diese Förderung erlaubt uns, mit unserer Forschung Neuland zu betreten.“

Weitere Informationen:

Yanbo Mao, Alexander Gabel, Thomas Nakel, Prisca Viehöver, Thomas Baum, Dawit Girma Tekleyohans, Dieu Vo, Ivo Grosse, Rita Groß-Hardt: „Selective egg cell polyspermy bypasses the triploid block“, eLIFE 2019, DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.52976

Zu dieser Veröffentlichung ist auch ein „Insight“ erschienen, in dem Kolleginnen und Kollegen der TU München die Bedeutung der Bremer Arbeit erklären und hervorheben. Nur wenige Paper werden für solche Insights ausgewählt. Der Begleitartikel ist hier abrufbar: https://doi.org/10.7554/eLife.54874

Fragen beantwortet:

Prof. Dr. Rita Groß-Hardt
Fachbereich Biologie/Chemie
Universität Bremen
Telefon: +49 (0)421 218-50203
E-Mail: gross-hardt@uni-bremen.de

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Rita Groß-Hardt
Fachbereich Biologie/Chemie
Universität Bremen
Telefon: +49 (0)421 218-50203
E-Mail: gross-hardt@uni-bremen.de

Originalpublikation:

https://doi.org/10.7554/eLife.52976

Kai Uwe Bohn | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-bremen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Die Mimik der Mäuse
03.04.2020 | Max-Planck-Institut für Neurobiologie

nachricht Schalter für DNA-Reparatur-Werkzeug entdeckt
03.04.2020 | Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin der 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: Den Regen für Hydrovoltaik nutzen

Wassertropfen, die auf Oberflächen fallen oder über sie gleiten, können Spuren elektrischer Ladung hinterlassen, so dass sich die Tropfen selbst aufladen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben dieses Phänomen, das uns auch in unserem Alltag begleitet, nun detailliert untersucht. Sie entwickelten eine Methode zur Quantifizierung der Ladungserzeugung und entwickelten zusätzlich ein theoretisches Modell zum besseren Verständnis. Nach Ansicht der Wissenschaftler könnte der beobachtete Effekt eine Möglichkeit zur Energieerzeugung und ein wichtiger Baustein zum Verständnis der Reibungselektrizität sein.

Wassertropfen, die über nicht leitende Oberflächen gleiten, sind überall in unserem Leben zu finden: Vom Tropfen einer Kaffeemaschine über eine Dusche bis hin...

Im Focus: Harnessing the rain for hydrovoltaics

Drops of water falling on or sliding over surfaces may leave behind traces of electrical charge, causing the drops to charge themselves. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz have now begun a detailed investigation into this phenomenon that accompanies us in every-day life. They developed a method to quantify the charge generation and additionally created a theoretical model to aid understanding. According to the scientists, the observed effect could be a source of generated power and an important building block for understanding frictional electricity.

Water drops sliding over non-conducting surfaces can be found everywhere in our lives: From the dripping of a coffee machine, to a rinse in the shower, to an...

Im Focus: Quantenimaging: Unsichtbares sichtbar machen

Verschränkte Lichtteilchen lassen sich nutzen, um Bildgebungs- und Messverfahren zu verbessern. Ein Forscherteam am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena hat eine Quantenimaging-Lösung entwickelt, die in extremen Spektralbereichen und mit weniger Licht genaueste Einblicke in Gewebeproben ermöglichen kann.

Optische Analyseverfahren wie Mikroskopie und Spektroskopie sind in sichtbaren Wellenlängenbereichen schon äußerst effizient. Doch im Infrarot- oder...

Im Focus: Sensationsfund: Spuren eines Regenwaldes in der Westantarktis

90 Millionen Jahre alter Waldboden belegt unerwartet warmes Südpol-Klima in der Kreidezeit

Ein internationales Forscherteam unter Leitung von Geowissenschaftlern des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)...

Im Focus: A sensational discovery: Traces of rainforests in West Antarctica

90 million-year-old forest soil provides unexpected evidence for exceptionally warm climate near the South Pole in the Cretaceous

An international team of researchers led by geoscientists from the Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research (AWI) have now...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

13. »AKL – International Laser Technology Congress«: 4.–6. Mai 2022 in Aachen – Lasertechnik Live bereits früher!

02.04.2020 | Veranstaltungen

Europäischer Rheumatologenkongress EULAR 2020 wird zum Online-Kongress

30.03.2020 | Veranstaltungen

“4th Hybrid Materials and Structures 2020” findet web-basiert statt

26.03.2020 | Veranstaltungen

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

Den Regen für Hydrovoltaik nutzen

03.04.2020 | Energie und Elektrotechnik

Pflanzenbestimmung mit Flora Incognita App im März verzehnfacht

03.04.2020 | Informationstechnologie

Hightech für Natur

03.04.2020 | Interdisziplinäre Forschung

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