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30.08.2017

Genom der Süßkartoffel geknackt

Ein deutsch-chinesisches Forschungsteam hat das riesige und komplexe Erbgut der Süßkartoffel vollständig entziffert und analysiert.

Die Süßkartoffel besitzt einen sechsfachen Chromosomensatz durch eine Einkreuzung vor 50.000 Jahren.
Quelle: 
Pixabay

Die Süßkartoffel ist mit mehr als 100 Millionen Tonnen Ernte pro Jahr die siebentwichtigste Nutzpflanze der Welt, und auch in Deutschland gewinnt sie immer mehr an Bedeutung. Dadurch rückt die Pflanze, die mit der mitteleuropäischen Speisekartoffel nur entfernt verwandt ist, auch immer mehr in den Fokus der Forschung. Ein internationales Team fünf renommierter Forschungsinstitute, inklusive des Max-Planck-Instituts für Molekulare Genetik in Berlin und des Max-Planck-Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam, haben das komplexe Erbgut der Süßkartoffel entschlüsselt und ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Plants“ veröffentlicht.

Ein schwieriger Kandidat für die Gensequenzierung

Für höhere Ernteerträge oder bessere Überlebenschancen bei ungünstigen Klimabedingungen bedarf es gezielter Züchtungen, die häufig nur mit einem genauen Verständnis des Erbgutes der Pflanze möglich sind. In Deutschland wurden bisher vor allem Kartoffeln und Weizen genauestens untersucht und charakterisiert. Forschern der fünf Institutionen in China und Deutschland ist es nun gelungen auch das komplette Genom der Süßkartoffel zu sequenzieren.

Die Süßkartoffel mit dem lateinischen Namen Ipomoea batatas gehört zu der Familie der Windengewächse, und bereits im Vorfeld war klar, dass diese Pflanze mit ihrem komplexen Genom ein schwieriger Kandidat für die komplette Sequenzierung darstellen würde: die Süßkartoffel hat 90 Chromosomen – selbst für Pflanzen eine sehr hohe Anzahl.

An der Entschlüsselung des Süßkartoffelgenoms waren folgende Institute beteiligt:

Chenshan Botanischer Garten in Shanghai (CSBG)

Max-Planck-Institut für Molekulare Genetik in Berlin (MPIMG) 

Shanghai Institut für Pflanzenphysiologie und Ökologie (SIPPE)

Tai’an Akademie für Agrarwissenschaften in Shandong (TAAS)

Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam (MPIMP)

Ein Chromosomensatz in sechsfacher Ausführung

Am häufigsten verbreitet in Flora und Fauna ist ein doppelter (diploider) Chromosomensatz, so auch beim Menschen. Sobald mehr als ein diploider Chromosomensatz vorliegt, spricht man von Polyploidie. Ähnlich wie der Weizen verfügt auch die Süßkartoffel über einen sechsfachen (hexaploiden) Chromosomensatz, bei dem jedes Chromosom in sechsfacher Kopie vorliegt. Diese Vervielfachung kann auf vielen verschiedenen Wegen geschehen. So können beispielsweise Mutationen oder Fehler bei der Zellteilung die Ursache sein, aber auch Umwelteinflüsse oder die Einkreuzung verwandter Arten können zu der Vervielfachung der Chromosomen führen.

Evolutionärer Vorteil durch Polyploidie

Das deutsch-chinesische Forscherteam konnte zeigen, dass das polyploide Erbgut der Süßkartoffel auf Einkreuzungen vor 50.000 Jahren beruht. Dabei kam es zu einer Kreuzung zwischen einem diploiden und einem tetraploiden Vorfahren, wodurch der hexaploide Chromosomensatz entstand. 
Mithilfe einer neu entwickelten Typisierungsmethode konnten die Wissenschaftler genau nachvollziehen, welches der 90 Chromosomen von welcher Vorgängerpflanze stammte.

Ebenfalls fanden sie heraus, dass einige Gene auf den jeweils 6 homologen Chromosomen bereits eine starke Anhäufung von Mutationen besitzen. Dies deutet darauf hin, dass die in sechsfacher Kopie vorliegenden Chromosomen einem viel schwächeren Selektionsdruck unterworfen sind. Die Polyploidie verleiht den Pflanzen also einen evolutionären Vorteil. Denn durch die sechsfache Ausführung der Chromosomen können auftretende Fehler wettgemacht werden und haben keinen Effekt auf die Pflanze.

jmr

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