Wie sich das Erbgut von Pflanzen im Laufe der Evolution verändert, haben nun deutsche Wissenschaftler untersucht. Sie verglichen ausgewählte Abschnitte des Erbguts von Mais und Reis und stellten fest, dass die Gene im Maisgenom erstaunlich mobil sind: etwa 20 bis 25 Prozent sind irgendwann im Laufe der Evolution an einen anderen Ort „gesprungen“. Die korrespondierenden Gene können demzufolge an völlig verschiedenen Stellen im Genom liegen, berichten die Forscher in „Genome Research“.
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Die von Klaus Mayer geleitete Arbeitsgruppe „Pflanzliche Genomforschung“ am Institut für Bioinformatik des GSF- Forschungszentrums für Umwelt und Gesundheit wollte wissen, wie sich das bei Pflanzen verbreitete Phänomen, dass im Laufe der Evolution oftmals so genannte Polyploidisierungen, dass heißt Verschmelzungen von zwei unterschiedlichen Pflanzengenomen, auswirkt.
Reduktion des Chromosomensatzes
Der ursprünglich doppelte Chromosomensatz kann in unterschiedlichem Maße vervielfacht sein: Es gibt Phasen mit vier-, sechs oder achtfachem Chromosomensatz; im Laufe der Zeit setzt oft eine Reduktion zum doppelten Chromosomensatz ein, wie er auch für höher entwickelte Tiere typisch ist. Als Folge davon finden sich im Genom viele duplizierte Regionen mit korrespondierender genetischer Information. So auch bei Mais, der vor fast fünf Millionen Jahren aus einem Vorfahren mit vierfachem Chromosomensatz entstand.
Die GSF-Wissenschaftler verglichen einerseits korrespondierende Regionen zweier Chromosomen von Mais miteinander, andererseits mit der entsprechenden Region in Reis (oder im Reisgenom). Die Frage war: Wie gut stimmt die Struktur zum einen innerhalb der beiden Maisregionen und zum anderen zwischen den Regionen Mais und Reis überein? Das Ergebnis der Vergleiche nennt Mayer „sehr dramatisch“: Im Maisgenom sind in Teilen der untersuchten Regionen Bausteine verloren gegangen, in andere Bausteine eingefügt worden oder verschoben worden, so dass als Folge die beiden jeweils korrespondierenden Bereiche unterschiedlich groß sind. Eine klare Regel für diese Veränderungen ist bisher nicht zu erkennen.
Gene verschwunden oder verschoben
Etwa zehn Prozent der Gene in den untersuchten Maisregionen fehlen im Reisgenom völlig, ungefähr 20 Prozent finden sich an anderen Stellen im Genom. Innerhalb des Maisgenoms sind die Gene erstaunlich mobil: 20 bis 25 Prozent sind irgendwann im Laufe der Evolution an einen anderen Ort „gesprungen“. Zwei Drittel der ursprünglichen Gene des vierfachen Chromosomensatzes sind in den untersuchten Regionen ganz verschwunden.
Moderne Pflanzenzüchtung, die gezielt Pflanzen mit bestimmten Eigenschaften zu züchten versucht, kann sich diese Erkenntnisse zunutze machen. Die Abfolge der genetischen Bausteine und Gesetzmäßigkeiten ihres Verhaltens im Erbgut von Mais zu verstehen, ist zudem nützlich für das Entschlüsseln der Genome anderer Getreidearten.
(idw – GSF – Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, 04.10.2006 – AHE)
