Pflanzenforschern des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben ist ein wichtiger Fortschritt beim Verständnis epigenetischer Mechanismen gelungen. Während sich die Genetik mit den Genen befasst, beschreibt die Epigenetik jene ebenfalls erblichen Zusammenhänge, die die Aktivität der Gene beeinflussen. So kann eine Pflanze beispielsweise als Reaktion auf Trockenstress bestimmte Gene und damit Stoffwechselprozesse aktivieren, die sie vor dem Vertrocknen schützen.

Hochdurchsatzsequenzierung lieferte die Antwort

Ein solches epigenetisches Element ist der „Effektor der Transkription“ (ET). Bereits vor 20 Jahren entdeckt, ist es erst jetzt gelungen, seine Funktion in der Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) aufzuklären. Mit der sogenannten Hochdurchsatzsequenzierung konnte das Team um die IPK-Forscher nachweisen, dass „ET“ das Methylierungsmuster der Pflanzen verändert. Wie die Forscher im Fachjournal „New Phytologist Trust“ berichten, hat diese Veränderung die frühe Entwicklung der Ackerschmalwand beeinflusst, so dass sie zu früh keimte.

Schutzfunktion für wichtige Gene

Unter Methylierung verstehen Molekularbiologen das Anbringen einer Methylgruppe an eine Base der DNA. Häufig wird dadurch ein Gen inaktiviert oder – zumindest in Bakterien – ein DNA-Abschnitt vor dem Abbau durch zelleigene Enzyme geschützt. ET kann an die DNA binden und eben diese Methyl-Markierungen entfernen. Dabei scheint es sich um den gleichen Mechanismus zu handeln, der das Erbgut von Pflanzen vor UV-Schäden schützt. Die Pflanzenforscher um Markus Kuhlmann vermuten nun aufgrund der betroffenen Bereiche des Erbguts, dass ET eine besondere Schutzfunktion für bestimmte Gene der Ackerschmalwand hat.

Potenzial für die Pflanzenzüchtung

Für die Pflanzenzüchtung eröffnet die Entdeckung mittelfristig die Möglichkeit, landwirtschaftlich wichtigen Pflanzen wie Gerste oder Weizen neue Eigenschaften zu verleihen, ohne deren DNA zu verändern. Stattdessen könnte gezielt ihr Methylierungsmuster beeinflusst werden, damit die Pflanzen sich besser an variable Umweltbedingungen anpassen können.

bl