Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf und des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln hat eine neuartige Methode entwickelt, um sogenannte genomische Regulatoren in Pflanzen präzise zu identifizieren. Diese kleinen Abschnitte des Erbguts, die wie Dimmer die Aktivität von Genen steuern, beeinflussen maßgeblich Pflanzenmerkmale, obwohl sie nur einen Bruchteil des Genoms ausmachen. Die in der Fachzeitschrift Nature Genetics veröffentlichte Studie zeigt, wie diese Regulatoren die Anpassungsfähigkeit und Ertragsleistung von Kulturpflanzen, insbesondere unter Trockenheitsstress, verbessern können.
Natürliche genetische Unterschiede im Erbgut fördern Biodiversität und Evolution, doch die langsamen natürlichen Prozesse reichen nicht aus, um Nutzpflanzen schnell an die durch den Klimawandel bedingten Probleme wie Trockenheit anzupassen. Um die globale Ernährungssicherheit zu gewährleisten, müssen Forschende genetische Varianten effizient identifizieren, die die Leistungsfähigkeit von Pflanzen unter Stressbedingungen steigern. Die neue Methode ermöglicht eine skalierbare Kartierung dieser regulatorischen Schalter, die bestimmen, wann, wo und wie stark Gene aktiv sind. Im Gegensatz zur bisherigen Forschung, die sich auf Gene selbst konzentrierte, zeigt die Studie, dass Unterschiede in diesen Schaltern oft entscheidend für Merkmale wie Größe, Krankheitsresistenz oder Stressbewältigung sind.
Das Forschungsteam untersuchte 25 verschiedene Mais-Hybride und identifizierte über 200.000 Regionen im Genom, in denen natürliche Variationen die Funktion regulatorischer Schalter beeinflussen. Besonders bei Trockenheitsstress konnten über 3.500 Schalter und zugehörige Gene identifiziert werden, die die Reaktion der Pflanzen auf Wasserknappheit steuern. Diese präzise Kartierung erlaubt es, Unterschiede zwischen mütterlichen und väterlichen Erblinien in einem Experiment direkt zu vergleichen und liefert der Forschung einen umfassenden Katalog trockenheitsassoziierter Regulatorstellen. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten, die Genexpression gezielt zu optimieren, um robustere Maissorten zu züchten, die besser an den Klimawandel angepasst sind.
Die Methode beleuchtet zudem bisher wenig verstandene, nichtkodierende Bereiche des Genoms und bietet präzise Ansatzpunkte für zukünftige Züchtungsverfahren. Die Forschung, die in Zusammenarbeit mit der University of California in Davis entstand, wurde im Rahmen des Exzellenzclusters CEPLAS und des europäischen Horizon-Europe-Projekts BOOSTER gefördert, das sich auf klimaresiliente Getreidepflanzen konzentriert. Die Ergebnisse könnten die Grundlage für intelligentere Züchtungsstrategien bilden, um die globale Landwirtschaft nachhaltig zu stärken.
Hinweis
Die in der Studie beschriebene Methode zur Kartierung genomischer Regulatoren in Pflanzen gehört nicht direkt zur grünen Gentechnik. Grüne Gentechnik bezeichnet in der Regel Verfahren, bei denen das Erbgut von Pflanzen durch gezielte genetische Veränderungen, wie die Einführung oder Modifikation von Genen mit Techniken wie CRISPR, verändert wird, um gewünschte Eigenschaften zu erzeugen. Die oben beschriebene Methode konzentriert sich dagegen auf die präzise Identifizierung und Analyse natürlicher regulatorischer Schalter im Erbgut, die die Genexpression steuern. Sie nutzt bestehende genetische Variationen in Mais-Hybriden, um Schalter zu kartieren, die für Merkmale wie Trockenheitsresistenz relevant sind. Dabei werden keine Gene direkt verändert, sondern die natürlichen Mechanismen der Genregulation untersucht, um Ansatzpunkte für die konventionelle Züchtung zu finden. Allerdings könnte die Methode indirekt die Grundlage für zukünftige gentechnische Anwendungen liefern, da das Verständnis regulatorischer Schalter die gezielte Modifikation von Genexpression ermöglicht. Der Fokus der Studie liegt jedoch auf der Analyse und Nutzung natürlicher genetischer Variationen, was sie eher der markerunterstützten Züchtung oder prädiktiven Züchtung als der grünen Gentechnik zuordnet.
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