CRISPR/Cas

Vererbung bei Pflanzen lässt sich nun gezielt steuern

Forschern ist es erstmals gelungen, natürlich eingetretene Inversionen rückgängig zu machen. Damit haben sie die Einsatzmöglichkeiten der molekularen Schere CRISPR/Cas noch einmal wesentlich erweitert

Für den eiligen Leser

Wesentliche Fortschritte für die Pflanzenzüchtung verspricht eine neue Anwendung der molekularen Schere CRISPR/Cas: Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es Forschenden um den Molekularbiologen Holger Puchta gelungen, mit CRISPR/Cas die Abfolge der Gene innerhalb eines Chromosoms zu verändern.

Sie demonstrierten anhand einer weit verbreiteten Chromosomenveränderung in der Modellpflanze Ackerschmalwand weltweit erstmals, wie sich Umkehrungen der Genabfolge rückgängig machen lassen und Vererbung sich so gezielt steuern lässt. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Nature Communications publiziert.

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Die Forschungsergebnisse im Detail

Vor rund 5.000 Jahren trat bei der Wildpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) eine Veränderung der genetischen Information ein, die sich weit verbreitet hat und die Wissenschaft heute stark beschäftigt. Auf dem Chromosom 4 der Pflanze kam es zu einer sogenannten Inversion: Das Chromosom brach an zwei Stellen und wurde wieder zusammengefügt; der herausgebrochene Abschnitt wurde allerdings um 180 Grad gedreht wieder eingesetzt. Dadurch kehrte sich die Reihenfolge der Gene auf diesem Chromosomenabschnitt um.

Diese in der Forschung als „Knob hk4S“ bekannte Chromosomenmutation zeigt beispielhaft, dass die Evolution das Erbgut von Lebewesen nicht nur verändern, sondern teilweise auch über lange Zeit festlegen kann. „In invertierten Abschnitten kann bei der Vererbung kein Austausch von Genen zwischen homologen Chromosomen stattfinden“, erklärt der Molekularbiologe Professor Holger Puchta vom KIT.

Forschende beseitigen Hindernis für die Pflanzenzüchtung

Inversionen betreffen nicht nur die Wildpflanze Ackerschmalwand, die dank ihres kleinen und vollständig entschlüsselten Genoms und ihrer niedrigen Chromosomenzahl in der Genetik als Modellorganismus dient. Vielmehr sind Inversionen auch häufig bei Kulturpflanzen zu finden. Sie bilden ein Hindernis für die Züchtung, die ja auf Erbgutveränderungen zurückgreift, um Pflanzen möglichst ertragreich, geschmacksintensiv und widerstandsfähig gegenüber Krankheiten, Schädlingen und extremen klimatischen Bedingungen zu machen.

Wissenschaftlern vom Lehrstuhl Molekularbiologie und Biochemie am Botanischen Institut des KIT unter Leitung von Puchta ist es nun erstmals gelungen, natürlich eingetretene Inversionen rückgängig zu machen. „Wir haben die Einsatzmöglichkeiten der molekularen Schere CRISPR/Cas noch einmal wesentlich erweitert“, sagt Puchta. „Wir können damit nicht nur Arme zwischen Chromosomen austauschen, sondern nun auch die Abfolge der Gene innerhalb eines Chromosoms verändern. Ganz wichtig – mit unserer jetzigen Arbeit haben wir zum ersten Mal gezeigt, dass wir dadurch Vererbungsvorgänge direkt steuern können. Wir konnten so genetische Austausche in einem Bereich erreichen, wo das bisher nicht möglich war. Damit haben wir das Chromosome Engineering endgültig als eine neue Art der Pflanzenzüchtung etabliert.“

Molekulare Scheren schneiden DNA präzise

Gemeinsam mit Forschenden um Professor Andreas Houben vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben und Professor Paul Fransz von der Universität Amsterdam demonstrierten die Wissenschaftler am KIT anhand der prominentesten natürlichen Inversion, hk4S auf dem Chromosom 4 der Ackerschmalwand, wie sich die Umkehrung rückgängig machen lässt und wie so genetische Austausche bei der Züchtung ermöglicht werden.

Die Forscher halten es auch für möglich, mit CRISPR/Cas neue Inversionen zu erzeugen – ein weiterer Schritt, um bei der Pflanzenzüchtung erwünschte Eigenschaften zu kombinieren und unerwünschte zu eliminieren.

Holger Puchta gilt als Pionier des Genome Editing mit molekularen Scheren, die das natürliche Prinzip der Mutation nutzen, um die genetische Information in Pflanzen präzise zu verändern, ohne dabei fremde DNA einzubringen. Sein aktuell laufendes Projekt „Multidimensional CRISPR/Cas mediated engineering of plant breeding”, kurz CRISBREED, für das er zum zweiten Mal in Folge den renommierten Advanced Grant vom Europäischen Forschungsrat (European Research Council, ERC) erhalten hat, befasst sich mit der Neukombination von Pflanzenchromosomen mit der CRISPR/Cas-Technologie.

Bei CRISPR (steht für Clustered Regularly Interspaced ShortPalindromic Repeats) handelt es sich um einen bestimmten Abschnitt auf der DNA, dem Träger der genetischen Information, bei Cas um ein Enzym, das diesen Abschnitt erkennt und die DNA genau dort schneidet, um Gene zu entfernen, einzufügen oder auszutauschen sowie Chromosomen neu zusammenzusetzen und erstmals auch die Abfolge der Gene auf ihnen zu verändern.

Die Redaktion empfiehlt

Eine neue Methode soll die Genveränderungen in Cibus-Raps nachweisen können. CDU/CSU-Vertreter bezweifeln die Eignung des Tests.

Weil es die staatlichen Stellen "nicht geschafft" hätten, ein Nachweisverfahren für CRISPR/Cas zu entwickeln - wie es heißt - , haben dies private NGOs übernommen und melden nun einen Erfolg.


Diskussionen zum Artikel

von Thorsten Schäfer

Mittlerweile hätte man dieser Fakenews auch wieder löschen können.

Da wollte ein PR-Konzern nur wieder Gelder generieren aber hat sich letztendlich lächerlich gemacht. Eine einfache Erläuterung für jeden Laien von Martin Moder https://youtu.be/5X061StsZ6Y

Anmerkung der Redaktion

Beachten Sie bitte: Bei dieser Meldung oben geht es um etwas anderes, um eine gezielte Steuerung. Es ist nicht der Bericht zu dem angeblich gefundenen Nachweis von CRISPR/Cas, dazu hatten wir bereits berichtet und auch die Stellungnahme der CDU angefügt, dass das gar nicht erwiesen ist https://www.topagrar.com/acker/news/cdu-csu-zweifeln-neuen-nachweistest-fuer-crispr-cas-genveraenderungen-an-12343437.html?utm_campaign=search&utm_source=topagrar&utm_medium=referral

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