"Genom-Archäologie": Wie sich das Erbgut von Pflanzen verändert
Wissenschaftler am Institut für Bioinformatik des GSF-Forschungszentrums für Umwelt und Gesundheit in Neuherberg bei München haben ausgewählte Abschnitte des Erbguts von Mais und Reis verglichen, um Einblick in die Evolution dieser beiden zu den Gräsern gehörenden Nutzpflanzen zu gewinnen. Eine solche "Genom-Archäologie" ist auch für die moderne landwirtschaftliche Züchtungsarbeit von Interesse.
Die von Dr. Klaus Mayer geleitete Arbeitsgruppe "Pflanzliche Genomforschung" am Institut für Bioinformatik untersuchte, wie sich das bei Pflanzen verbreitete Phänomen der Verschmelzungen von zwei unterschiedlichen Pflanzengenomen auswirkt.
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Die von Dr. Klaus Mayer geleitete Arbeitsgruppe "Pflanzliche Genomforschung" wollte wissen, wie sich das bei Pflanzen verbreitete Phänomen, dass im Laufe der Evolution oftmals sogenannte Polyploidisierungen, dh. Verschmelzungen von zwei unterschiedlichen Pflanzengenomen, auswirkt. Der ursprünglich doppelte Chromosomensatz kann in unterschiedlichem Maße vervielfacht sein: Es gibt Phasen mit vier-, sechs oder achtfachem Chromosomensatz; im Laufe der Zeit setzt oft eine Reduktion zum doppelten Chromosomensatz ein, wie er auch für höher entwickelte Tiere typisch ist. Als Folge davon finden sich im Genom viele duplizierte Regionen mit korrespondierender genetischer Information. So auch bei Mais, der vor fast fünf Millionen Jahren aus einem Vorfahren mit vierfachem Chromosomensatz entstand.
Die GSF-Wissenschaftler verglichen einerseits korrespondierende Regionen zweier Chromosomen von Mais miteinander, andererseits mit der entsprechenden Region in Reis (oder im Reisgenom). Die Frage war: Wie gut stimmt die Struktur zum einen innerhalb der beiden Maisregionen und zum anderen zwischen den Regionen Mais und Reis überein? Das Ergebnis der Vergleiche nennt Mayer "sehr dramatisch": Im Maisgenom sind in Teilen der untersuchten Regionen Bausteine verloren gegangen, in andere Bausteine eingefügt worden oder verschoben worden, so dass als Folge die beiden jeweils korrespondierenden Bereiche unterschiedlich groß sind. Eine klare Regel für diese Veränderungen ist bisher nicht zu erkennen.
Etwa zehn Prozent der Gene in den untersuchten Maisregionen fehlen im Reisgenom völlig, ungefähr 20 Prozent finden sich an anderen Stellen im Genom. Innerhalb des Maisgenoms sind die Gene erstaunlich mobil: 20 bis 25 Prozent sind irgendwann im Laufe der Evolution an einen anderen Ort "gesprungen". Zwei Drittel der ursprünglichen Gene des vierfachen Chromosomensatzes sind in den untersuchten Regionen ganz verschwunden.
Korrespondierende Gene können demzufolge an völlig verschiedenen Stellen im Genom liegen. Moderne Pflanzenzüchtung, die gezielt Pflanzen mit bestimmten Eigenschaften zu züchten versucht, kann sich diese Erkenntnisse zunutze machen. Die Abfolge der genetischen Bausteine und Gesetzmäßigkeiten ihres Verhaltens im Erbgut von Mais zu verstehen, ist zudem nützlich für das Entschlüsseln der Genome anderer Getreidearten.
Die Untersuchung wird in "Genome Research", 2. Oktober 2006, veröffentlicht.
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