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Julius Kühn-Institut (JKI)
Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen

Institutsleitung
Dr. Ralf Wilhelm

Adresse
Erwin-Baur-Str. 27
06484 Quedlinburg

Sekretariat
Yvonne Ulrich
Tel: 03946 47-502
Fax: 03946 47-500
sb@  julius-kuehn.  de

Veröffentlichung
Institutsflyer
Broschüre

Genomstabilität

Grundlage für die Züchtung neuer Arten oder Varianten ist die Rekombination zwischen zwei unterschiedlichen Elterngenomen. Der Hauptmechanismus, der dabei eine Rolle spielt, ist die sogenannte Doppelstrangbruchreparatur, da ohne einen Doppelstrangbruch und seine anschließende Reparatur keine Rekombination erfolgen kann. Dieser Vorgang sorgt durch Crossover in der Meiose zum Beispiel für die Möglichkeit, neue Kombinationen aus unterschiedlichen Genomen zu erzeugen. Da oftmals aber nur homologe Bereiche rekombinieren oder kein Genaustausch stattfindet, wird gleichzeitig auch die generelle Genomstabilität gewährleistet. Bei der gezielten Züchtung von Pflanzen mit biotechnologischen Methoden ist es von großer Bedeutung, den Integrationsort für neue Gene vorher festlegen zu können.

Es gibt im Genom Bereiche, die die Ausprägung von eingeführten Genen erschweren, es gibt Bereiche, die nicht durch neue Sequenzen unterbrochen und gestört werden dürfen und es gibt Bereiche, in denen häufig Rekombination stattfindet. Gezielte bzw. gerichtete Integration kann nur durch homologe Rekombination erfolgen. Hierbei wird die natürliche Rekombination zwischen gleichen oder sehr ähnlichen Sequenzen zweier Chromosomen simuliert. Allerdings funktioniert dies in Eukaryoten nur sehr selten, in den meisten Fällen integriert ein neu eingebrachtes Gen ungerichtet. In diesem Arbeitsbereich erforschen wir u.a. die an der somatischen und meiotischen Doppelstrangbruchinduktion und Reparatur beteiligten Mechanismen und Proteinkomplexe (z. B. SPO11 und RecQ).

Manchmal hilft die Analyse der Evolution von funktional verwandten Genen aus unterschiedlichen Spezies, den Vorgang der Rekombination besser zu verstehen und zu steuern. Diese Vorgänge an sich sind evolutionär sehr alt und die daran beteiligten Gene in vielen Fällen hochkonserviert. Man findet zum Beispiel in Tieren und Pflanzen, deren letzter gemeinsamer Vorfahr vor mehr als einer Milliarde Jahre lebte, Gene in sehr ähnlicher oder gar gleicher Ausprägung. Der Ursprung dieser Gene ist oftmals nachweislich orthologer Natur, d.h. sie haben das gleiche Ursprungsgen. Obwohl die beteiligten Gene so stark konserviert sind, ist bisher völlig unklar, warum nur in manchen Organismen
(z. B. in Bäckerhefe und dem Moos Physcomitrella patens) die homologe Reparatur eines Doppelstrangbruches häufiger verwendet wird, wohingegen in fast allen anderen bisher untersuchten Eukaryoten die nichthomologe Reparatur bevorzugt ist.