Wissenschaftler erkunden natürliche Merkmale bei Inzuchtlinien von Pflanzen
Durch die Entwicklung einer neuen Methode, mit der Gene hinter natürlichen Merkmalen von Pflanzen aufgespürt werden sollen, haben Genetiker Pflanzenzüchtern neuen Auftrieb gegeben. Die zum Teil von der EU finanzierten Wissenschaftler glauben, dass der umfassende Einsatz genomweiter Assoziationsstudien bei Pflanzenspezies den Wissenschaftlern bei der Bestimmung von Merkmalen helfen könnte, die für die Landwirtschaft von besonderer Bedeutung sind, etwa Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten und die Produktion von Biomasse. Die in dieser bahnbrechenden Studie gewonnenen Erkenntnisse werden in der Zeitschrift Nature vorgestellt. Die Forschung wird im Rahmen des ANAVACO-("Analysis of natural variation for cold tolerance in the model plant species Arabidopsis thaliana") Projekts durchgeführt, das mehr als 236.000 EUR aus dem Themenbereich Menschen des Siebten Rahmenprogramms (RP7) erhalten hat. ANAVACO (Projektbeginn 2008 und Projektende 2011) will Gene ermitteln, die für die Variation der Kältetoleranz in A. thaliana zuständig sind. In der nun veröffentlichten Studie behaupten die Forscher, die von der Universität von Südkalifornien (University of Southern California, USC) in den Vereinigten Staaten geleitet werden, dass Landwirtschaft und Biomassefelder von dieser neuen Methode profitieren könnten. Das Team untersuchte die natürliche Variation von 107 verschiedenen Merkmalen in fast 200 Stämmen der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), einer selbstbefruchtenden Modellpflanzen, die dafür bekannt ist, eine große genetische Variation für viele zentrale Merkmale zu beherbergen. Ihre Arbeit ermöglichte es ihnen, das Genom an sehr vielen Stellen auf Mutationen hin zu überprüfen. "Es gibt sehr viele nützliche Anwendungsmöglichkeiten für die Landwirtschaft, die Biokraftstoffproduktion und angesichts der sich womöglich verändernden und schwierigeren Voraussetzungen für das Pflanzenwachstum", erklärt erste Koautorin Dr. Susanna Atwell vom USC College of Letters, Arts and Sciences. "Mit diesem Datensatz und dieser Methodik könnte die Bestimmung der Gene möglich werden, die an der natürlichen Variation von Metaboliten-Werten, Biomasse, Blütezeit, Salz- oder Schwermetalltoleranz und Krankheitsresistenz, um nur einige zu nennen, beteiligt sind." Durch Vergleich der Genome von A. thaliana an 250.000 ausgewählten Genloci identifizierten die Forscher erfolgreich Teile des Genoms, welche die für den von ihnen beobachteten Phänotyp zuständigen Gene enthalten könnten. Da es immer noch keine 100%ige Sicherheit gibt, dass die identifizierten Gene tatsächlich hinter einem bestimmten Merkmal stecken, müssen noch mehr Versuche an Genen durchgeführt werden, die durch genomweite Assoziationsstudien entdeckt wurden, so die Forscher. Die Wissenschaftler beurteilen bereits 60 bislang unbekannte Gene, um ihre voraussichtliche Funktion festzumachen. Dr. Atwell hebt hervor: "GWA-Mapping ist eine schnellere Methode, um ursächliche Gene zu lokalisieren, da die Gene auf einer kleineren Region liegen als bei früheren Mapping-Techniken, die ich verwendet habe." "Unser Datensatz funktioniert gut bei der Lokalisierung bekannter Gene, sodass wir darauf vertrauen können, dass auch die neu identifizierten Gene echt sind." Dr. Atwell sagte weiterhin, dass sie glaube, die Studie werde zu einer wichtigen Quelle für die rund 5.000 Genetiker, die sich rund um den Globus mit A. thaliana befassen. An der Studie beteiligten sich mehr als 30 Forscher von der Université des Science et Technologies de Lille (France), dem Max-Planck-Institute für Entwicklungsbiologie (Deutschland), dem Gregor Mendel Institut (Österreich), dem John Innes Centre (UK), dem Sainsbury Laboratory (UK), der University of Chicago (US), der Purdue University (US), dem Howard Hughes Medical Institute (US) und dem Salk Institute for Biological Studies (US).
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