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Natural variation in arabidopsis thaliana : resources for functional analysis (NATURAL)

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Aus kleinen Pflanzen werden große Pflanzen

Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) ist eine kleine Pflanze mit einem enormen reproduktiven und genomischen Potenzial. Forscher entdeckten im Genom von Arabidopsis kleine QTL (quantitative trait loci), die auch in anderen Pflanzen zur Steigerung der Biomasse eingesetzt werden könnten.

Gesundheit

Die Arabidopsis thaliana ist ein unter Wissenschaftlern beliebtes Forschungsobjekt. Die Europäische Weltraumbehörde ESA beispielsweise untersuchte an Bord der Rakete Maxus 7 den Einfluss von Schwerelosigkeit auf Arabidopsis-Zellkulturen. Die Pflanze ist leicht zu kultivieren und hat einen sehr kurzen Generationszyklus. Auch in der genetischen Forschung wird sie häufig als Modellorganismus verwendet, und sie war eine der ersten Pflanzen, deren Genom vollständig sequenziert wurde. Merkmale wie die Wachstumsrate sind genetisch komplex und daher oft hoch polygen, d.h. viele kleine QTL sind an deren Ausprägung beteiligt. Bis zum Projekt NATURAL, das auf europäischer Ebene die genetische Variation in Arabidopsis untersuchte, hatte man sich in der wissenschaftlichen Forschung hauptsächlich auf die Auswirkungen großer QTL konzentriert. Wissenschaftler der Max-Planck-Gesellschaft in Deutschland suchten auf einem ein CentiMorgan langen DNA-Abschnitt von A. thaliana nach Genen, die das Pflanzenwachstum steuern. Die Länge ist signifikant, da die Rekombinationswahrscheinlichkeit dort unter einem Prozent liegt. Daher bleibt in dieser Region die Auftrennung von Markern aus und die Sequenz mit großer Wahrscheinlichkeit erhalten. Auf diesem relativ kurzen DNA-Abschnitt identifizierten die Wissenschaftler zwei kleine QTL, die das Pflanzenwachstum steuern. Interessant für Pflanzenzüchter ist, dass sich beide Gene die phänotypische Ausprägung anderer Gene unterdrücken können und daher als hoch epistatisch gelten. Außerdem kodierte eines der Gene für eine Proteinkinase, die als Wachstumsregulator fungiert. Es zeigte sich, dass dieses spezielle Gen aktiv zur Erhaltung des genetischen Polymorphismus beiträgt. Das Phänomen der balancierenden Selektion ist in der Pflanzenzucht von großer Bedeutung, da es die genetische Vielfalt fördert und bewahrt. Diese Studie untersuchte mit der Wachstumsregulierung nur einen Bruchteil des DNA-Potenzials in A. thaliana. Wenn die übrigen genetischen Strukturen der Pflanze ebenfalls derart viel versprechend sind, könnte das hohe genetische Potenzial der Acker-Schmalwand auch in anderen Nutzpflanzen kommerziell genutzt werden.

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