National Science Foundation – Where Discoveries Begin

Fact Sheet

December 13, 2000

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Arabidopsis thaliana ist ein Unkraut aus der Familie der Senfpflanzen, dessen schneller Wachstumszyklus und geringe Größe es zu einem idealen Versuchsmodell für die pflanzenbiologische Forschung machen. Mehr als 2.500 Laboratorien und 8.000 Wissenschaftler weltweit nutzen eine neue Generation von Instrumenten, um das Genom dieser Pflanze zu erforschen und Prozesse aufzudecken, die allen Pflanzen gemeinsam sind.

Der Prozess. Die Arabidopsis-Genom-Initiative (AGI) begann 1996 und vereinte die Bemühungen internationaler Teams, die seit Anfang der 1990er Jahre an der Entschlüsselung dieser wichtigen Genomsequenz gearbeitet hatten. Vertreter der wichtigsten Arabidopsis-Sequenzierungszentren trafen sich im August 1996 bei der National Science Foundation (NSF) in Arlington, Virginia, um sich auf ein gemeinsames Vorgehen zu einigen. In den USA begann 1996 ein ressortübergreifendes Programm mit Mitteln der NSF, des US-Energieministeriums und des US-Landwirtschaftsministeriums. Die Europäische Union, die französische Regierung und die Regierung der Präfektur Chiba in Japan unterstützen ebenfalls die AGI-Forschung.

Die Zukunft. Noch während sich die Genomsequenz dem Abschluss näherte, begann die NSF die nächste Phase der Genomforschung an Arabidopsis thaliana. Das neue 2010-Projekt der NSF zielt darauf ab, die Funktionen von 25.000 Arabidopsis-Genen im Laufe des nächsten Jahrzehnts zu bestimmen.

Die Werkzeuge und Anwendungen. Arabidopsis-Forscher verwenden und haben eine Vielzahl von Werkzeugen entwickelt, darunter:

• Synthetische DNA-Marker zur Kartierung des Genoms
• Sammlungen nützlicher Arabidopsis-Mutanten
• Spezialisierte Techniken zur Transformation von Arabidopsis-Genen
• Bioinformatik Werkzeuge, die sich die neuesten Computer- und Netzwerkfähigkeiten zunutze machen
• Sammlungen genetischer Karten

Alle diese Werkzeuge ermöglichen es den Wissenschaftlern, das Arabidopsis-Genom systematisch zu sezieren, Dies führte zur Vervollständigung seiner Sequenz, zur Identifizierung der Funktionen vieler einzelner Gene und zu einem besseren Verständnis des Pflanzenverhaltens im Allgemeinen. Studien an Arabidopsis haben unser Verständnis von Krankheitsresistenz, Wurzelentwicklung und anderen wichtigen Pflanzenprozessen verbessert. Da sich diese Forschung extrem schnell entwickelt, sind die folgenden Schlaglichter keineswegs vollständig.

Verbesserung der Krankheitsresistenz. Bestimmte Sorten von Kulturpflanzen sind resistenter gegen bestimmte virale, bakterielle oder pilzliche Krankheitserreger als andere. Die Erzielung von Krankheitsresistenz ist ein wichtiges Ziel der meisten Pflanzenzuchtprogramme, aber die Herstellung solcher Hybriden ist im Vergleich zur gentechnischen Veränderung sehr zeitaufwendig. Die molekulare Klonierung des Krankheitsresistenzgens RPS2 in Arabidopsis hat unser Verständnis der Funktionsweise dieses Gens und ähnlicher Gene in wirtschaftlich wichtigen Pflanzen erheblich erweitert.

Understanding Photosensitivity. Durch die Analyse von Arabidopsis haben Wissenschaftler gezeigt, dass Pflanzen auf Licht reagieren, indem sie verschiedene Eingangssignale über ein komplexes genetisches Netzwerk integrieren. Klonierte Gene enthüllten die bisher unentdeckte chemische Natur eines Blaulichtrezeptors in Arabidopsis, was auf die Existenz eines solchen Mechanismus zur Auslösung physiologischer Reaktionen in höheren Pflanzen hindeutet. Dies könnte zu Pflanzen führen, die mit weniger Licht wachsen können.

Gesündere Speiseöle schaffen. Gene, die die Synthese von Ölen in Arabidopsis steuern, sind eng mit solchen Genen in Nutzpflanzen verwandt. Diese Verwandtschaft wird ausgenutzt, um Pflanzen mit gesünderen Speiseölen zu erzeugen. Etwa ein Drittel der Kalorien in unserer Ernährung stammt aus Sojabohnen oder anderen Pflanzenölen. Die meisten Pflanzenöle eignen sich jedoch nicht für die Ernährung, da sie stark mehrfach ungesättigt sind. Fettsäuregene aus Arabidopsis haben Entsprechungen in Sojabohnen, Raps und verschiedenen anderen Ölpflanzen.

Herstellung biologisch abbaubarer Kunststoffe. Die Genomsequenz von Arabidopsis könnte zu neuen biologisch abbaubaren Kunststoffen führen. Wissenschaftler haben Gene des Bakteriums Alcaligenes eutrophus in Arabidopsis eingeschleust, wodurch sich ein biologisch abbaubarer Kunststoff (Polyhydroxybutyrat oder PHB) anreichert. Da bis zu 20 Prozent des Trockengewichts der veränderten Pflanze aus PHB bestehen, haben mehrere Unternehmen Programme zur Entwicklung solcher kunststoffproduzierenden Pflanzen gestartet.

Gemüse und Früchte billiger und widerstandsfähiger machen. Das Gas Ethylen beeinflusst das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen. Die Agrarindustrie nutzt es, um die Reifung von Obst und Gemüse und die Alterung von Blumen zu steuern. Indem sie die Pflanzen daran hindern, Ethylen zu produzieren oder darauf zu reagieren, könnten Wissenschaftler Nutzpflanzen entwickeln, die je nach Wunsch schneller oder langsamer reifen. Ein Arabidopsis-Gen vermittelt die biologischen Wirkungen von Ethylen, und die Forscher haben eine Mutante isoliert, die Pflanzen völlig resistent gegen das Gas machen könnte. Dies könnte die Reifung von Früchten und das Welken von Blüten erheblich verlangsamen und sie länger frisch halten.

Verbesserung der Erosionsbeständigkeit. Das Wurzelsystem von Arabidopsis ist ein Modell für die Untersuchung der Bildung dieser Pflanzenorgane. Wissenschaftler haben eine Reihe von genetischen Mutationen bei Arabidopsis gefunden, die die Wurzelentwicklung beeinflussen und bestimmen, ob Pflanzen resistent gegen Bodenerosion sind.

Verstehen, wie Pflanzen blühen. Das Blütenwachstum beginnt mit der Entwicklung des prägenden Pflanzengewebes, dem sogenannten Meristem, das sich verzweigen kann, um mehrere Blütenmeristeme zu bilden, von denen jeder eine eigene Blüte hat. Die Arabidopsis-Forschung hat gezeigt, dass die Interaktion zwischen Meristem-Genen das Wachstum von Blütenorganen wie Blütenblättern, Kelchblättern und Staubblättern bestimmt.

-NSF-

Siehe auch: Liste der Arabidopsis-Links.

Für ein Streaming-Video über die Arabidopsis-Genomsequenz, siehe: http://www.nsf.gov/od/lpa/news/press/00/pr0094.htm
Für weitere Informationen über das NSF 2010 Projekt, siehe: http://nsf.gov/cgi-bin/getpub?nsf0113

Medienkontakte
Tom Garritano, NSF, (703) 292-8070, E-Mail: [email protected]

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