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Die Regulation von Pflanzenmerkmalen durch Epigenetik

Epigenetische Modifikationen lassen eine unterschiedliche Interpretation von DNA zu, ohne die DNA-Sequenz an sich zu verändern. EU-Wissenschaftler untersuchten, wie sich die epigenetische Genregulation auf die Expression von Genen auswirkt, die an dem Umschalten von einem vegetativen zu einem reproduktiven Pflanzenwachstum beteiligt sind.
Die Regulation von Pflanzenmerkmalen durch Epigenetik
Die epigenetische Genregulation verleiht Genexpressionsmustern über Zellteilung Stabilität und ermöglicht gleichzeitig Veränderungen bei der Expression als Reaktion auf Umwelt- oder Entwicklungssignale. Obwohl Veränderungen in der Regulation epigenetischer Gene ein wesentlicher Grund für Variationen von Merkmalen sind, wurden keine vernünftigen Strategien entwickelt, um diese Informationen mit dem Ziel der Pflanzenzüchtung zu nutzen.

Im Rahmen einer EU-finanzierten Initiative EpiTRAITS (Epigenetic regulation of economically important plant traits) wurde die Blütenbildung untersucht, eines der zentralen Pflanzenmerkmale, das durch epigenetische Mechanismen gesteuert wird. Das Projekt schloss die Lücke zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung, indem junge Forscher darin ausgebildet wurden, die Ergebnisse aus der epigenetischen Forschung auf die Modellpflanze Arabidopsis thaliana zu übertragen, um Techniken für die Pflanzenzüchtung und molekulare Diagnostikinstrumente zu optimieren.

Zur Verbesserung ihrer Karriereaussichten wurde jungen Forschern ein breites Spektrum an Fähigkeiten und Wissen vermittelt. Außerdem wurden die Forscher einem umfassenden, aus Fachkräften bestehenden Netzwerk in Europa vorgestellt. Die Forscher absolvierten zudem Kurse, Workshops und Praktika in Partnergruppen des Netzwerks. Dies ermöglichte es ihnen, von dem multidisziplinären Fachwissen von EpiTRAITS bestmöglich zu profitieren sowie ihr Fachwissen und ihre wissenschaftlichen Ergebnisse zu optimieren.

Die im Rahmen von EpiTRAITS gewonnen wissenschaftlichen Daten lieferten Erkenntnisse zur Genregulation auf DNA-, Chromatin- und Kernorganisationsebene. Es wurde ein multidisziplinärer Ansatz angewandt, der von Molekularbiologie bis Zellbiologie, Genetik, Biochemie, Bioinformatik und mathematischer Modellierung reicht.

Die Ergebnisse verdeutlichten überdies, dass die epigenomischen Profile erstellt und verwendet wurden, um neue regulatorische Sequenzen in Mais (Zea mays) vorherzusagen. Darüber hinaus zeigten die in multizelluläre Modelle eingebetteten Genexpressionsmodelle, dass die relevanten Gene in den richtigen Zonen exprimiert wurden und dass lediglich zwei Positionssignale erforderlich waren, um dieses Ergebnis zu erreichen.

Die Ergebnisse und Erkenntnisse von EpiTRAITS wurden über mehrere Outreach-Aktivitäten verbreitet, die unter anderem vier Videos umfassten, bei denen die Forschungsstipendiaten als Autor und Regisseur fungierten. Das Video „When do I flower?“ ist auf YouTube in englischer, niederländischer, französischer, deutscher, polnischer und spanischer Sprache abrufbar. Ein besseres Verständnis von der epigenetischen Genregulation bei Pflanzen wird einen Beitrag für die Pflanzenzüchtung und somit für die Lebensmittelsicherheit leisten.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Life Sciences

Schlüsselwörter

Epigenetik, Epigenomik, Genregulation, Blüte, Pflanzenzüchtung, EpiTRAITS, Arabidopsis thaliana, Zea mays
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