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23.01.2018

Hybrid-Mais: Hunderte Gene zusätzlich aktiv

Mais-Hybriden sind ertragsstärker als ihre Elternpflanzen. Laut Bonner Forschern liegt das an einer deutlich erhöhten Genaktivität.

Kreuzt man zwei Mais-Inzuchtlinien, so sind ihre Nachkommen ertragsreicher als die Elternpflanzen. Bonner Forscher fanden heraus, dass dies an einer erhöhten Genaktivität bei den Nachkommen liegt.
Quelle: 
Pixabay

Der sogenannte Heterosis-Effekt ist bei Pflanzenzüchtern so beliebt wie bekannt. Er entsteht, wenn man zwei Elternpflanzen unterschiedlicher Inzuchtlinien miteinander kreuzt. Die Nachkommen - die Hybride - sind dann besonders kräftig im Wuchs und ertragreich. Die Hybridzüchtung gehört schon lange zur Werkzeugkiste der Pflanzenzüchter. Gerade beim Mais sind die Pflanzen-Hybride nicht mehr aus der Landwirtschaft wegzudenken. Auf welchen molekularen Mechanismen der Heterosiseffekt fußt, war allerdings bisher unklar. Bonner Pflanzenforscher haben genau dies nun untersucht und herausgefunden, dass in den Nachkommen stets sehr viel mehr Gene aktiv sind als in den Elternpflanzen. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler im Fachjournal „Current Biology“ veröffentlicht. 

Mehr aktive Gene bei Kreuzungen

Bereits vor einigen Jahren konnten Wissenschaftler um Frank Hochholdinger vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) der Universität Bonn feststellen, dass bei den Mais-Hybriden mehr Gene aktiv waren als bei den Eltern: „Wir wussten aber damals nicht, ob das nur für diese spezifische Kombination von Elternpflanzen zutraf oder ob es sich um einen generellen Mechanismus handelt.“ Deshalb untersuchten sie anschließend bei gleich sechs verschiedenen Kreuzungen, welche Gene in den Ausgangspflanzen und welche in den Nachkommen abgelesen wurden, also aktiv waren. „Dabei bestätigte sich der Befund aus unseren früheren Arbeiten: In den durch die Kreuzungen entstandenen Hybriden waren stets weitaus mehr Erbanlagen aktiv als in ihren Eltern“, erklärt Jutta Baldauf vom INRES.

Express - Hybridzüchtung

In dieser Expressfolge erklären wir, wie die Hybridzüchtung funktioniert.

Komplementation der Gene durch Inzuchtkreuzung

Maispflanzen besitzen für jedes Gen zwei Varianten (Allele). Eines dieser Allele stammt von dem weiblichen, das andere von dem männlichen Elternteil. Oft sind sie nicht gleich aktiv, sondern eine Variante wird häufiger abgelesen als die andere. Zur Herstellung von Inzuchtlinien werden die Pflanzen über viele Generationen mit sich selbst gekreuzt, sodass die Allele ihrer Gene meist identisch sind. Die Folge: in manchen Linien werden bestimmte Gene gar nicht mehr abgelesen. Werden nun zwei solcher Inzuchtlinien miteinander gekreuzt, ergänzen sich in den Nachkommen die unterschiedlichen Allele beider Elternteile – es kommt zur sogenannten genetischen Komplementation. Laut Baldauf kommt es so zu durchschnittlich 500 bis 600 mehr aktiven Erbanlagen, bei insgesamt rund 40.000 Genen im Mais-Erbgut. „Die Komplementation der SPE-Gene – das Kürzel steht für „Single Parent Expression“, also 'Ausprägung nur bei einem Elternteil' – könnte neben anderen Faktoren dazu beitragen, dass Hybride leistungsfähiger als ihre Eltern sind“, sagt Hochholdinger.

Neue Marker für besonders ertragreiche Kreuzungen

Die Ergebnisse könnten mittelfristig die Züchtung leistungsfähigerer Maissorten erleichtern. „Mit den SPEs geben wir Pflanzenzüchtern dazu genetische Marker an die Hand“, so Hochholdinger. „Auf Basis dieser Marker lassen sich eventuell gezielt Kreuzungspartner wählen, die besonders ertragreiche Hybride erwarten lassen.“ Diese sind für die langfristige Ernährung der steigenden Weltbevölkerung immens wichtig.

jmr

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