Direkt zum Inhalt | Direkt zur Navigation

Benutzerspezifische Werkzeuge

Sektionen

Sie sind hier: Startseite / Wissenswertes / Einblicke ins Labor / Molekulare Marker

Molekulare Marker

Pflanzenzüchtung ist ein sehr zeitaufwändiger Prozess, da viele Merkmale erst in der ausgewachsenen Pflanze sichtbar werden. Mit Hilfe von molekularen Markern kann man aber bereits aus der DNA-Sequenz auf bestimmte Eigenschaften schließen und somit den züchterischen Aufwand extrem verringern.

Molekulare Marker = kurze DNA-Abschnitte, die mit einer Eigenschaft in Zusammenhang gebracht werden könnenMolekulare Marker sind nichts anderes als kurze Abschnitte von DNA, deren Sequenz und Lage im Genom genauso bekannt sind wie der Zusammenhang zwischen dem Auftreten des Markers und einer Eigenschaft in der Pflanze. Wenn zum Beispiel eine bestimmte Basenreihenfolge nur bei besonders hitzeresistenten Pflanzen auftritt, dann ist diese Basenreihenfolge der molekulare Marker für Hitzeresistenz. Molekulare Marker können – müssen aber nicht – identisch mit dem Gen für die Eigenschaft sein. Es reicht aus, wenn die Markersequenz sich so nah an dem Zielgen befindet, dass beide immer gemeinsam vererbt werden und man vom Vorhandensein des Markers eindeutig auf das Vorhandensein des Zielgens schließen kann. Der Marker ist sozusagen der Anhänger am Schlüsselbund. Wenn man in seiner Hosentasche den Anhänger ertastet, so kann man sich sicher sein, auch die daran hängenden Schlüssel eingepackt zu haben.

In dem Bild auf der rechten Seite ist zum Beispiel ein bestimmter Genabschnitt mit den Genen für die Korngröße assoziiert (dargestellt in orange oder gelb) während eine andere Sequenz gemeinsam mit den Genen für die Halmform auftritt (dargestellt in hellgrün oder dunkelgrün).

Schema markergestützte Züchtung (SMART Breeding)Ob sich ein molekularer Marker in der Pflanze befindet, kann man zum Beispiel mit Hilfe von DNA-Sequenzanalysen herausfinden. Dabei wird die Basenreihenfolge der DNA abgelesen und auf das Vorhandensein des molekularen Markers geprüft. Nur die Jungpflanzen, welche den Marker und damit höchstwahrscheinlich auch das gewünschte Gen aufweisen, werden weiter aufgezogen und vermehrt. Da die Zeit für die Züchtung durch solche molekularbiologischen Methoden extrem verkürzt wird, hat sich dafür der Begriff „Smart Breeding“, also „Intelligente Züchtung“, eingebürgert.

 

Wie molekulare Marker konkret in der Züchtung eingesetzt werden können und wie die Forschung die Züchter bei der Auffindung von Markern unterstützen kann, wird im folgenden "pimp your brain" Video erklärt

 

Welche Sequenzen dienen als molekulare Marker?

Molekulare Marker befinden sich oft in der nicht-codierenden DNA, also in den Bereichen des Genoms, die nicht in Proteine umgeschrieben werden. Es handelt sich dabei zum Beispiel um kurze Tandemwiederholungen wie ATCATCATCATC (engl. Short Tandem Repeats = STR) oder Punktmutationen (engl. Single Nucleotide Polymorphisms = SNP).

 

Wozu braucht man Marker noch?

Marker kommen auch bei der Transformation, also dem Einfügen fremder Gene in einen Organismus, zum Einsatz. In diesem Fall spricht man von Selektionsmarkern: Da die Transformation mit Agrobakterien oder mit der Genkanone nicht bei allen Zellen funktioniert, muss man die erfolgreich transformierten Zellen selektieren, also auslesen. Aus diesem Grund koppelt man das Zielgen an ein Markergen, welches zum Beispiel die Information für eine Antibiotikaresistenz verschlüsselt. Die transformierten Pflanzenteile werden dann auf einem antibiotikahaltigen Nährboden kultiviert. Dabei überleben dann nur die erfolgreich transformierten Pflanzen, da nur sie das Resistenzgens besitzen. Auch Gene, die der Pflanzenzelle die Aufnahme und Verwertung bestimmter Nährstoffe ermöglichen, kommen als Marker zum Einsatz. Die so transformierten Pflanzenzellen überleben auf Agar der ausschließlich Nährstoffe enthält, die sonst für die Pflanze gar nicht verwertbar wären.

Will man ausschließlich den Erfolg einer Transformation beurteilen ohne die transformierten von den nicht-transformierten Zellen zu trennen, hat sich das grünfluoreszierende Protein (GFP) als besonders praktisch erwiesen. Pflanzenzellen, die dieses Protein exprimieren, leuchten unter UV-Licht grün. Forscher des Max Planck Instituts für Molekulare Pflanzenphysiologie haben diese Methode erfolgreich für Tomaten etabliert.

abgelegt unter: