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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Gen-Schalter zur Schädlingsbekämpfung |
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Ein Forscherteam der Abteilung Züchtungsforschung des Max-Planck-Instituts in Köln hat die künstlichen Genschalter zur Steigerung der Widerstandskraft von erkrankten Nutzpflanzen entwickelt.
Während bisherige biotechnologische Schädlingsbekämpfungen den Nachteil hatten, dass sie auch in gesundem Gewebe zur Wirkung kamen, konnte nun erstmals die künstliche Genaktivierung auf das befallene Gewebe beschränkt werden.
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"Synthetic Plant Promoters"
Die Arbeit "Synthetic Plant Promoters Containing Defined Regulatory Elements Provide Novel Insights into Pathogen- and Wound-Induced Signaling" erschien in der Zeitschrift "The Plant Cell" vom 19. April 2002. |
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 The Plant Cell |
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Biotechnologische Schädlingsbekämpfung |
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Weltweit vernichten Pflanzenkrankheiten und Schadinsekten rund ein Drittel der gesamten Ernte. Um diesen Schaden zu begrenzen, werden bislang konventionelle Pflanzenschutzmittel wie Fungizide oder Insektizide eingesetzt.
Darüber hinaus versucht man in der Pflanzenzüchtung auch mit Hilfe biotechnologischer Methoden, die Widerstandsfähigkeit von Nutzpflanzen gegenüber Schädlingen zu erhöhen.
Dazu werden Gene in die Pflanzen eingeschleust, deren Produkte entweder für einen Fraßschädling giftig sind oder die Abwehrreaktionen der Pflanze steigern - beispielsweise indem sie eine Verdickung der Zellwände rund um die Infektionsstelle einleiten.
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Bisherige Kontrollelemente ineffektiv |
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Dem eingebauten Gen wird immer auch ein genetisches Kontrollelement, ein so genannter Promotor, vorgeschaltet. Die bisher verwendeten Promotoren hatten jedoch den Nachteil, dass das Gen in verschiedenen Pflanzengeweben aktiviert werden kann - also auch an Stellen, die gesund sind.
Dies wiederum kann unter Umständen zu negativen Effekten hinsichtlich des Pflanzenwachstums und damit des Ertrags führen.
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Promotoren
Ein Promotor ist ein Sequenzabschnitt auf der DNA, der den Transkriptionsstart für nachfolgende Gene markiert. Die Sequenz zeigt dem Enzym "RNA-Polymerase" jenen Ort an, an dem dieses mit der Transkription, d.h. dem "Übersetzen" von DNA in RNA, beginnen soll. Natürliche Promotoren umfassen in der Regel mehr als Tausend Basenpaare. |
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Mehr über Transkription und Promotoren |
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Künstliche Schalter als Lösung |
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Ziel der Forscher vom Max-Planck-Institut für Züchtungsforschung war es daher, einen Weg zu finden, um die Gen-Aktivität lokal auf die Angriffsstelle des Erregers zu begrenzen.
Sie konstruierten zu diesem Zweck eine ganze Reihe von synthetischen Promotoren, die jeweils aus mehreren kleinen, genau definierten DNA-Elementen mit einer Länge von nur noch etwa 30 Basenpaaren bestehen.
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Testsystem: Farbstoff-Gen |
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Als Testsystem benutzten die Max-Planck-Forscher ein Gen für einen Farbstoff in Kombination mit dem jeweiligen synthetischen Promotor. Wird das eingeschleuste Gen in einer Pflanze aktiviert, so bildet es einen blauen Farbstoff.
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Nachweis der Spezifität der Genaktivierung |
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Die auf diese Weise veränderten Modell-Pflanzen - hierbei handelte es sich um die Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana - wurden anschließend mit Schädlingen infiziert, die sie im Normalfall vollständig vernichten.
In den Untersuchungen zeigten sich jedoch nur winzige lokale Blaufärbungen auf den Blättern. Dies war ein Nachweis dafür, dass das Farbstoff-Gen genau an den Stellen aktiv war, an denen die Schädlinge versuchten, in die Pflanze einzudringen.
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Ursprüngliche Funktion der synthetischen Schalter |
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Die DNA-Elemente, die die Kölner Forscher zur Synthese der neuartigen Promotoren verwendet haben, stammen ursprünglich von natürlichen Promotoren der Abwehr-Gene bei Kartoffel und Petersilie.
Die "künstlichen" Abkömmlinge sind jedoch sehr leicht aktivierbar und können auch durch andere Faktoren, wie beispielsweise eine mechanische Verletzung, geschaltet werden.
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Auch in Gerste und Tabak anwendbar |
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Neueste Untersuchungen der Wissenschaftler deuten darauf hin, dass diese synthetischen Promotoren auch in Gerste- und Tabak-Pflanzen aktiv sind.
Dies bestärkt die Kölner Arbeitsgruppe in der Annahme, dass sie als wirksames Mittel eingesetzt werden könnten, um Nutzpflanzen erfolgreich gegen Pflanzenkrankheiten zu schützen.
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01.01.2010 |
