„1001 Genome“-Forschungsprojekt

Der Neandertaler unter den Pflanzen

Die unscheinbare, aber extrem anpassungsfähige Pflanze Arabidopsis thaliana hat im Verhältnis mehr genetische Varianten als der Mensch. Das ist eines der Ergebnisse des seit 2008 laufenden internationalen „1001 Genome“-Forschungsprojekts, bei dem die Wissenschaftler auch Pflanzen entdeckten, die die letzte Eiszeit überdauert haben.

Im „1001 Genome Project“ wurden Genomsequenzen von über 1000 Arabidopsis-Exemplaren analysiert. (Foto: Jörg Abendroth / Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie)

Die Erkenntnisse dieser Studie liefern Grundlagen für die Zukunft der Pflanzenforschung: Darauf aufbauend kann nun noch besser erforscht werden, welche Gene für die Anpassungsfähigkeit von Pflanzen an die Umwelt verantwortlich sind.

Das Unkraut Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) ist ein beliebtes Forschungsobjekt in der Pflanzenbiologie. Vieles, was wir über Pflanzenbiologie wissen stammt aus Studien über diese unscheinbare kleine Pflanze, die in vielen Regionen weltweit wächst. In der internationalen Studie „1001 Genome“ unter der Leitung von Prof. Detlef Weigel vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen und Dr. Magnus Nordborg vom Wiener Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie wurden Genomsequenzen von 1135 Arabidopsis-Exemplaren veröffentlicht. Die Pflanzen stammen aus verschiedenen Gebieten der nördlichen Hemisphäre.

Pflanzen, die von unterschiedlichen Orten stammen, unterscheiden sich auch genetisch. Menschen und Tiere können in andere Regionen abwandern, wenn sich die Umweltbedingungen ändern, Pflanzen aber sind an ihren Standort gebunden. Dennoch haben sie Möglichkeiten gefunden, ihr Überleben zu sichern: Die genetischen Unterschiede haben den Pflanzen vermutlich geholfen, sich an die Umgebung anzupassen, in der sie gefunden wurden. Dadurch, dass im Rahmen des Großprojekts so viele Exemplare dieser Pflanze sequenziert wurden, konnten die Wissenschaftler eine unerwartet große Anzahl von genetischen Unterschieden aufdecken – im Verhältnis sogar mehr als bisher bei Menschen gefunden wurden.

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Zukünftige Studien können auf diesen Ergebnissen aufbauen um zu bestimmen, welche Gene zum Beispiel dafür verantwortlich sind, wann eine Pflanze blüht, wie tief ihre Wurzeln wachsen, ob sie gegen Krankheitserreger widerstandsfähig ist oder wie sie sich an eine bestimmte Umgebung angepasst hat. Diese Arbeit liefert daher die Grundlage für die Zukunft der Genforschung bei Pflanzen.

Darüber hinaus tragen die Ergebnisse dazu bei, die Evolutionsgeschichte dieser wichtigen Modellpflanze zu klären. Durch den Vergleich der sequenzierten Exemplare untereinander konnten die Wissenschaftler sechs genetisch unterschiedliche Gruppen moderner Arabidopsis-Pflanzen identifizieren. Die große Mehrheit der Exemplare zählt zu einer Gruppe, die nach der letzten Eiszeit entstanden ist und sich dann rasch auf der Welt verbreitet hat – so wie der moderne Mensch.

Tatsächlich ist die Verbreitung dieser Gruppe eng mit der Verbreitung der Menschheit und des Ackerbaus über den Globus verknüpft. „Die anderen fünf Gruppen sind quasi die Neandertaler unter den Pflanzen“, erklärt Weigel, „sie sind schon vor der letzten Eiszeit entstanden und haben als genetisch unterschiedliche Populationen auf den Kanarischen und Kapverdischen Inseln, auf Sizilien, im Libanon und als große, verstreute Gruppe auf der Iberischen Halbinsel überlebt.“ Die Entdeckung dieser Relikt-Populationen wird für zukünftige Studien äußerst nützlich sein, da sie sich von der Hauptgruppe genetisch extrem unterscheiden.

Mehr Informationen zu dem seit 2008 laufenden Projekt „1001 Genome“ und Zugang zu allen Daten gibt es unter http://www.1001genomes.org.

Originalpublikation:

The 1001 Genomes Consortium, 1,135 Genomes Reveal the Global Pattern of Polymorphism in Arabidopsis thaliana, Cell (2016), http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.05.063.

Ansprechpartner:

Prof. Detelf Weigel
Mail: weigel@tue.mpg.de

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