News · Forschungsergebnis

Nahezu vollständige Genomversion von Physcomitrium patens veröffentlicht

Das Kleine Blasenmützenmoos (Physcomitrium patens). Foto: Rensing-Lab

Ein Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Freiburg hat neue Daten zum Genom der Modellpflanze in der Fachzeitschrift Nature Plants veröffentlicht. Auch wenn das Kleine Blasenmützenmoos (Physcomitrium patens; früher: Physcomitrella patens) als Modellorganismus bereits verstehen half, die Evolution und Entwicklung von Pflanzen besser zu verstehen, enthielt das bisher bekannte Genom noch zahlreiche unvollständige oder fehlerhafte Bereiche. Ein internationales Forschungsteam hat nun eine neue, annähernd vollständige Genomversion vorgelegt. Sie zeigt unter anderem, dass das Genom des Mooses nur 26 und nicht, wie bisher vermutet, 27 Chromosomen umfasst. „Künftige Forschungen zur Evolution der Chromosomenstruktur werden von unseren Daten profitieren“, erklärt der Zellbiologe Prof. Dr. Stefan Rensing, Professor für Datenintegration und Systemmodellierung von eukaryotischen Modellorganismen an der Universität Freiburg und Mitautor der Studie. Konkret bedeutet die jetzt von dem Forschungsteam vorgelegte Genomversion, dass Wissenschaftler*innen mit größerer Sicherheit ableiten können, welche Gene in Moosen im Vergleich zu Blütenpflanzen erworben wurden und welche verloren gingen. Letztlich lässt sich damit die Evolution der Chromosomenstruktur – Centromere, Telomere und konservierte Genabfolgen – der Landpflanzen insgesamt besser verstehen.

Quelle: Uni Freiburg

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News · Forschungsergebnis

Paarung der Chromosomen steuert Verteilung genetischen Materials

Darstellung von Staubbeuteln, Pollen und Meiozyten in der Schnabelriede. Foto und (c): Ulla Neumann, Marco Castellani, Thiago do Nascimento, Rob Kesseler. MPIPZ

Ein Forschungsteam konnte Einblicke in die Kontrollmechanismen der genetischen Rekombination gewinnen. Für ihre Studie nutzten die Forschenden um André Marques vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln (MPIPZ) die Schnabelriede, eine grasartige Blütenpflanze (Rhynchospora breviuscula), ein hervorragendes natürliches Werkzeug zur Untersuchung der Entstehung genetischer Rekombination. Die Modellpflanze besteht im Gegensatz zu Pflanzen deren Chromosomen nur ein Zentromer besitzen (monozentrische Pflanzen) aus Chromosomen mit Hunderten von kleinen Zentromeren, die in einer Linie über das Chromosom angeordnet sind. Mit diesem so genannten holozentrischen Chromosomen schließen die Forschenden den Einfluss eines lokalisierten Zentromers ebenso aus, wie die in Abschnitte unterteilte Organisation eines Chromosoms, bei der Zentromere und Gene gleichmäßig über das Chromosom verteilt sind. Zum ersten Mal gelang es den Forschenden, eine genetische Rekombinationskarte in einer holozentrischen Pflanze zu erstellen und das Auftreten von genetischem Materialaustausch zu analysieren. Im Gegensatz zu monozentrischen Chromosomen trat die Crossing-Over-Aktivität auch in der Nähe der Zentromere auf. Auffallend ist jedoch, dass der genetische Austausch ungleichmäßig über die Chromosomen verteilt war - mit einer höheren Konzentration an den Enden der Chromosomen. Darüber hinaus zeigt das Team in der Fachzeitschrift Nature Plants, zeigen, dass die Verteilung der Crossing-Overs von der Verteilung genetischer und epigenetischer Chromosomenmerkmale weitgehend unbeeinflusst blieb. Die Zentromer Region sowie epigenetischen Regulierungen scheinen also nicht der Hauptfaktor für die Steuerung der Crossing-Over-Verteilung zu sein. Stattdessen schlagen Marques und sein Team vor, dass das Verhalten während der Paarung homologer Chromosomen die primäre Triebkraft für ein Crossing-Over ist, wobei die Telomere, spezifische Strukturen an den Enden jedes Chromosoms, eine Schlüsselrolle spielen.

Quelle: MPIPZ

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News · Forschungsergebnis

Schatteninduzierte Biomasseverteilung im Weizen

Wie sich die Biomasse auf einzelne Weizenorgane unter dem Einfluss von Beschattung verteilt und was die genetische Grundlage für die Veränderungen ist, hat das Team untersucht. Grafik: IPK

Wie Pflanzen neugebildete Biomasse auf die einzelnen Organe verteilen, beeinflusst u.a. die Aufnahme von Nährstoffen, die Fortpflanzung und Wechselwirkungen zwischen Pflanzen eines Bestandes. Die genetischen Regulationen, die diese Reaktionen der Pflanzen auf die Umwelt steuern, sind aber bisher weitgehend unbekannt. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) stellt im Fachjournal New Phytologist rekombinante Weizenlinien vor, die als Einzelpflanzen unter Sonnenlicht und simuliertem Schatten angebaut wurden. Das Forschungsteam nutzte einen neuen Ansatz, der Prinzipien aus der Pflanzenökologie und der quantitativen Genetik kombinierte und verfolgte zwei Ziele: Zum einen sollte die licht- und größenabhängige Verteilung der Biomasse analysiert werden. Zum anderen wollten das Team Gene identifizieren, die die Verteilung auf Blätter, Stängel, Ähren und Körner regulieren, wenn die Pflanzen von ihren Nachbarn im Bestand beschattet werden.

Quelle: IPK (pdf)

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News · Projekt

LabForest: Klimawandel, Verjüngungsmanagement, Holz und Ökosystemfunktionen

Wälder in Bayern, Deutschland und Europa stehen unter immensem Druck. Der Klimawandel verringert ihre Widerstandsfähigkeit und bedroht zunehmend Ökosysteme und forstwirtschaftliche Erträge. „Die Dürresommer 2018 und 2019 haben enorme Schäden verursacht und gezeigt, wie groß der Handlungsbedarf ist“, erklärt Professor Lukas Lehnert, der an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) die Arbeitsgruppe Physische Geographie und Umweltfernerkundung leitet. Gleichzeitig steige die Nachfrage nach Holzprodukten und anderen Ökosystemleistungen, die der Wald erbringt. Lehnert ist Leiter des neuen Verbundprojekts LabForest - Reallabor Universitätsforst für nachhaltiges Verjüngungsmanagement im Klimawandel, das im Februar 2024 startet und mit 2,8 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird. Das Vorhaben untersucht zukünftige Waldbewirtschaftungsoptionen im Spannungsfeld von Klimawandel, wirtschaftlichen Interessen, Naturschutz und Hydrologie. Die Forschungsergebnisse werden durch die Schaffung eines Reallabors in die Praxis der deutschen Forst- und Holzwirtschaft gelangen. „Unser Feldexperiment erlaubt es erstmals, die forst- und holzwirtschaftlichen Effekte verschiedener Managementmethoden in Verbindung mit Störungen zu vergleichen und in Kombination mit ihren Auswirkungen auf Biodiversität und wichtige Ökosystemleistungen zu bewerten“, sagt Lehnert.

Quelle: LMU

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News · Forschungsergebnis

Wie sich Pflanzen an kalte Umgebungstemperaturen und Frost anpassen

Mitgewirkt an der Studie haben neben Erstautorin Annalisa John auch Prof. Dr. Ekkehard Neuhaus (links), Prof. Timo Mühlhaus sowie Prof. Michael Schroda. Foto: Thomas Koziel, RPTU

Da Pflanzen nicht weglaufen können, müssen sie sich an herausfordernde Bedingungen anpassen können, um zu überleben. Welche Strategien sie nutzen, um auf schnell wechselnde Umweltbedingungen optimal zu reagieren, untersuchen Forschende vom Fachgebiet Pflanzenphysiologie an der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU). Doktorandin Annalisa John hat in ihrer Arbeit an der Modellpflanze Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) entschlüsselt, welche zellulären Mechanismen die Pflanze nutzt, um sich an kalte Umgebungstemperaturen und Frost anzupassen und dazu ihre Zellmembranen zu ändern. Demnach ist der Abbau des Transport-Proteins FAX1 (Fatty Acid Export Protein 1) durch das Enzym RBL11 Protease (Rhomboid-Like Protease1) in der Kälte für die Anpassung an geringe Umwelttemperaturen. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift The Plant Cell erschienen.

Quelle: RPTU

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News · Politik

NGT: EU-Parlament stimmt für neue Regeln für mehr Nachhaltigkeit

Das Europäische Parlament hat einen Vorschlag für eine neue Verordnung über Pflanzen angenommen, die mit bestimmten neuen genomischen Techniken (NGT) erzeugt wurden. Das Parlament nahm mit 307 zu 263 Stimmen bei 41 Enthaltungen seinen Standpunkt für die Verhandlungen mit den Mitgliedstaaten über den Kommissionsvorschlag zu neuen genomischen Techniken an, mit denen das genetische Material eines Organismus verändert wird. Die neuen Regeln für NGT-Pflanzen sollen das Lebensmittelsystem nachhaltiger und krisenfest machen, indem verbesserte Pflanzensorten entwickelt und genutzt werden können, denen bestimmte klimatische Einwirkungen bzw. Schädlinge nichts anhaben können. Für NGT-Pflanzen, die als gleichwertig mit herkömmlichen Pflanzen gelten, gibt es Lockerungen; die Kennzeichnungspflicht bleibt für alle NGT-Pflanzen bestehen. Die Abgeordneten befürworteten nun den Vorschlag, zwei verschiedene Kategorien und zwei Regelwerke für NGT-Pflanzen einzuführen:

  1. NGT-Pflanzen, die als gleichwertig mit herkömmlichen Pflanzen gelten (Kategorie 1), sollen von den GVO-Vorschriften ausgenommen werden. Dies sind neue Sorten mit bis zu 20 genetischen Veränderungen im Vergleich zur ursprünglichen Pflanze.
  2. Für alle anderen NGT-Pflanzen (Kategorie 2) sollen künftig strengere Regeln gelten.

Die Abgeordneten wollen die Kennzeichnungspflicht für Produkte aus NGT-Pflanzen der Kategorien 1 und 2 beibehalten. Sie sprachen sich auch dafür aus, NGT-Pflanzen in der ökologischen bzw. biologischen Produktion weiterhin zu verbieten. Man müsse erst prüfen, ob sie mit deren Grundsätzen vereinbar sind. Die Abgeordneten fordern ein vollständiges Verbot von Patenten auf jegliche NGT-Pflanzen, jegliches Pflanzenmaterial und Teile davon sowie auf genetische Informationen und die darin enthaltenen Verfahrensmerkmale. Das Parlament beginnt nun die Verhandlungen mit den Mitgliedstaaten über die endgültige Form des Gesetzes.

Quelle: EU-Parlament

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News · Forschungsergebnis

Klimaerwärmung und invasive Art bedrohen Seegraswiesen im Mittelmeer

Die im Mittelmeer einheimische Seegrasart Posidonia oceanica wie hier bei Pozzuoli an der Westküste Italiens produziert nicht nur Sauerstoff, sondern bietet vielen Organismen Lebensraum. Foto: Stephanie Helber, ZMT

Der Anstieg der Meerestemperatur und des Salzgehalts im Mittelmeer sowie die Einwanderung invasiver Arten könnten dort die Struktur und biologische Vielfalt der Seegraswiesen gefährden, die eine wesentliche Funktion für die Meeresumwelt haben. Zu diesem Schluss kommt ein internationales Team von Forschenden unter Leitung des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) in einer Studie, die kürzlich in der Zeitschrift Science of The Total Environment erschienen ist.

Quelle: ZMT

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