Die Entdeckung der CRISPR-Cas-Genschere hat die Molekularbiologe in den letzten fünf Jahren revolutioniert. Die neue Methode bietet völlig neue Möglichkeiten der Bearbeitung von Erbinformation mit relativ geringem technischen wie zeitlichen Aufwand. Basierend auf dieser Technik haben Forscher unter der Leitung von Andreas Houben vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben und Holger Puchta vom Botanischen Institut des Karlsruher Instituts für Technologie nun eine Methode zur Visualisierung definierter DNA-Abschnitte in lebenden Pflanzenzellen entwickelt. Dadurch konnten sie erstmals dynamische Bewegungen der Chromosomenenden sichtbar machen. Die Ergebnisse hat das Team in der Fachzeitschrift "The Plant Journal" veröffentlicht.

Visualisierung verschiedenere Genorte

„Anhand der Weiterentwicklung des CRISPR-Cas-Systems für die Bildgebung bei Pflanzenzellen kann unser Team nachweisen, dass das Potenzial dieser Technologie weit über das kontrollierte Auslösen von Mutationen hinausreicht“, sagt Steven Dreissig vom IPK. „In den Zellen der Pflanze Nicotiana benthamiana, eine nahe australische Verwandte des Tabaks, demonstrieren die Molekularbiologen ein Verfahren, mit dem sich wiederholende Sequenzabschnitte der Chromosomenenden, die sogenannten Telomere, sichtbar gemacht werden können. Doch nach diesem Prinzip lassen sich auch andere Orte des Genoms visualiseren.

Organisation spiegelt Funktionsweise wider

Mit der neuen Methode kann die raum-zeitliche Organisation von DNA-Abschnitten im Zellkern analysiert werden. Das Verständnis dieser Organisation wiederum trägt wesentlich dazu bei, die Funktionsweise von pflanzlichen Genomen besser zu verstehen. Vor allem für die Aufrechterhaltung und Regulierung wichtiger zellulärer Funktionen, wie die Expression von Genen oder die Reparatur von DNA ist diese raum-zeitliche Organisation von DNA-Abschnitten von großer Bedeutung. Ein genaues Verständnis der Organisation von DNA im Zellkern ist daher unerlässlich für die Aufklärung der Regulation von Genen während der Entwicklung von Organismen.

DNA und Proteine zusammen visualisieren

Die Forscher erreichen die Darstellung der Organisation, indem die Interaktionen zwischen verschiedenen Elementen des Genoms sichtbar gemacht werden. „Während Fluoreszenz-markierte Proteine des Zellkerns bereits in lebenden Pflanzenzellen visualisiert werden können, haben sich die Methoden zum Sichtbarmachen von definierten DNA-Abschnitten als technisch schwierig erwiesen“, erklärt Andreas Houben, Leiter der Arbeitsgruppe Chromosomenstruktur und -funktion am IPK. Der Karlsruher Molekularbiologe Holger Puchta  ergänzt: „Darüber hinaus zeigen wir, dass das CRISPR-Cas-System mit fluoreszenzmarkierten Proteinen kombiniert werden kann, um das Zusammenwirken von DNA und Proteinen in lebenden Zellen zu verbildlichen“. Diese neue Entwicklung könnte zukünftig die Bildgebung in lebenden Pflanzen verbessern und es ermöglichen, einzelne Genorte zu visualisieren und somit leichter zu verändern.

jmr