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Chromosome elimination in plant wide hybrids – explaining the phenomenon and applying lessons from a model system in Hordeum to problems of speciation, gene introgression and breeding new crop plants

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Gene aus Wildpflanzen verbessern Überlebensfähigkeit von Gerste

Eine Möglichkeit, vorteilhafte Eigenschaften aus verwandten Wildpflanzen einzuzüchten und damit Ackerpflanzen genetisch zu verbessern, ist das Einzüchten von Genen aus anderen Arten oder Gattungen. Problematisch dabei ist jedoch, dass es zur Chromosomeneliminierung kommen kann, d.h. ein elterliches Genom geht verloren.

Gesundheit

Um die Überlebensfähigkeit durch Verbesserung des Erbguts zu erhöhen, untersuchte das Projekt Chromelim die selektive Eliminierung elterlicher Chromosomen in hybriden Pflanzenkeimen. Das Team arbeitete mit Kreuzungen von Hordeum, u.a. der Kulturgerste Hordeum vulgare (H. vulgare), sowie 30 Arten von Süßgräsern aus gemäßigteren Breiten. Untersucht wurde, ob sich Variablen wie elterlicher Genotyp und Temperatur auf die Chromosomenstabilität und Chromatineigenschaften auswirken. Um Hybriden zu erhalten, wurden die Wildpflanzen H. bulbosum und H. marinum gekreuzt. Dabei stellte sich heraus, dass Temperatur keinen Einfluss darauf hat, ob Chromosomen eliminiert oder erhalten werden - im Gegensatz zu Hybriden aus H. vulgare und H. bulbosum. Mittels In-situ-Hybridisierung zeigte sich, dass alle sieben elterlichen Chromosomen vorhanden waren. Auf molekularer Ebene reguliert CENH3 (eine hochkonservierte Zentromer-spezifische Histon H3-Variante) die mitoseabhängige Eliminierung. Mittels der indirekten Methode der immunhistochemischen Färbung wurden die Chromosomen in der Phase der Zellteilung untersucht, wo beide elterlichen Chromosomen vorhanden sind, aber noch nicht repliziert sind. Herauszufinden, wo und wie genau das Schlüsselprotein CENH3 aktiv ist, wäre ein wichtiger Durchbruch in der Pflanzenzüchtung. Die Forscher von Chromelim entdeckten, dass im wilden Hybriden keine größere Umorganisation der Proteinaktivität stattfand. Bei der Hybridisierung von Ackerpflanzen kommt es oft vor, dass wichtige Gene verloren gehen, die bei Wildpflanzen Immunität gegenüber Krankheiten vermitteln. Wäre es möglich, diese Eigenschaften wieder einzuzüchten, könnte damit die Pflanzenzüchtung deutlich verbessert werden.

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