Ehemalige Forschungsgruppen

Genomstruktur und -funktion

Dr. Renate Schmidt
Neue Position: Leiterin der Arbeitsgruppe Genomplastizität, IPK Gatersleben

Die Arbeitsgruppe um Dr. Renate Schmidt beschäftigt sich mit vergleichender Genomanalyse und den Regulationsmechanismen, die zur Abschaltung (Silencing) von Genen führen.

Vergleichende Genomanalyse in Pflanzen

Zur Untersuchung der Mechanismen von Bedeutung für die Evolution pflanzlicher Genome nutzen wir den Ansatz der vergleichenden Genomanalyse. Polyploidie (Vervielfachung des Chromosomensatzes) ist ein weit verbreitetes Phänomen im Pflanzenreich, daher sind wir besonders daran interessiert herauszufinden auf welche Weise Polyploidie die pflanzliche Genomstruktur und die Genexpression beeinflusst. Als Modellorganismen dienen uns Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana), Raps (Brassica napus), Kohl (Brassica oleracea) und Rötliches Hirtentäschel (Capsella rubella).

Gen-Silencing

Viele Mechanismen der Genregulation beruhen auf Wechselwirkungen von Proteinen mit bestimmten DNA-Sequenzen. Daneben sind epigenetische Inaktivierungsphänomene beschrieben worden. Es handelt sich hierbei um Regulationsmechanismen, die nicht unmittelbar durch eine bestimmte Basenabfolge der DNA-Sequenz vermittelt werden sondern sich durch räumliche Anordnung der DNA im Zellkern oder durch Veränderungen der Transkripthaltbarkeit ergeben.

Eine Inaktivierung von Genen, die nicht auf der Veränderung der DNA-Sequenzen beruht, wird beispielsweise beim Studium transgener Pflanzen beobachtet. Transgene Pflanzen sind Pflanzen, in die ein Gen oder Genabschnitt künstlich eingefügt wurde. Inaktivierung oder Silencing eines Gens erfolgt entweder durch Unterbinden der Transkription (Ablesungsvorgang) oder durch Abbau der gebildeten Transkripte. Einige Silencing-Phänomene zeigen große Ähnlichkeiten mit pflanzlicher Virusabwehr. Dies ist nur ein Hinweis, dass epigenetische Effekte nicht nur für Transgene beobachtet werden, sondern auch bei der natürlichen Genregulation in Pflanzen eine wichtige Rolle spielen.

Die verantwortlichen Mechanismen aufzuklären ist notwendig, da die Inaktivierung von Transgenen die Nutzung von transgenen Pflanzen in Forschung und Biotechnologie limitiert. Eine systematische Analyse der Transgenausprägung in Arabidopsis thaliana erlaubte es uns erstmals eindeutig zu bestimmen, in welchem Ausmaß Zahl und Anordnung von Transgenkopien, ihre Position im Genom und die Natur des Transgens zu Unterschieden in der Transgenausprägung beitragen und/oder die Stilllegung von Genen auslösen. Die erzielten Ergebnisse zeigen, dass die Unterschiede in der Transgenausprägung transgener Pflanzen überwiegend darauf beruhen, dass große Transkriptmengen das Abschalten (Silencing) auslösen. Die Erzeugung stabil hoch exprimierender transgener Pflanzen kann gewährleistet werden, zieht man die erzielten Ergebnisse bei der Analyse transgener Pflanzen in Betracht. Damit leistet das Projekt einen Beitrag zum effektiven Einsatz transgener Pflanzen in Forschung und Biotechnologie.

 
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