Es ist ein technischer Meilenstein in der Pflanzengenomforschung: Ein internationales Forscherkonsortium hat das Gerstengenom in bisher unerreichter Präzision sequenziert und damit das maßgebliche Referenzwerk für Forscher und Züchter geschaffen. Die Forscher des International Barley Genome Sequencing Consortium (IBSC) berichten im Fachjournal „Nature“ über ihre Analysen.

Experten aus Gatersleben, München und Jena beteiligt

Koordinator des vor zehn Jahren gestarteten Konsortiums ist Nils Stein vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben. Als deutsche Partner waren zudem das Deutsche Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig und das Helmholtz Zentrum München, Abteilung Genomik und Systembiologie pflanzlicher Genome (PGSB), beteiligt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat die Forscher bei ihrer Arbeit in dem Projekt „Tritex“ unterstützt (hier geht es zum ausführlichen Projektporträt).

Das Gerstengenom ist riesig und komplex: Es ist fast doppelt so groß wie das humane Genom und besteht aus etwa 39.000 Protein-kodierenden Genen, wovon viele in mehrfachen Kopien vorliegen. Eine weitere Herausforderung: der sehr hohe Anteil an repetitiven genetischen Elementen, den sogenannten Transposons, die auch die bioinformatische Analyse erschweren. Aus diesem Grund existierte seit dem Jahr 2012 lediglich eine vorläufige, unvollständige und fehlerhafte Genomsequenz.

Hochwertige Sequenzinformationen

Dem Konsortium ist es nicht nur gelungen, eine neue, qualitativ hochwertige Referenzgenom-Sequenz für Gerste zu erstellen. Die Forscher haben auch die 3D-Architektur der Chromosomen sowie die Chromatinorganisation bei der Gerste aufgeschlüsselt – und sind so dem Wechselspiel zwischen Genen und Transposons auf die Spur gekommen.

„Unsere Daten erlauben erstmals die detaillierte Analyse von agronomisch und industriell wichtigen Genfamilien wie der alpha-Amylase, einem Enzym mit besonderer Bedeutung im Brauprozess“, sagt Manuel Spannagl vom PGSB. Die Forscher wollen mit ihrer neuen Referenz außerdem die natürliche Vielfalt von Gerste auf genomischer Ebene untersuchen. Ihre Erkenntnisse könnten die Züchtung neuer Sorten entscheidend beschleunigen, etwa vor dem Hintergrund des Klimawandels.

pg