Weizengenom jetzt vollständig entschlüsselt

Genomsequenz von Weizen für Züchtung nutzbar

Als einen internationalen Kraftakt bezeichnen es die beteiligten Wissenschaftler: Die vollständige Sequenzierung des Weizengenoms ist nun einem Team von Wissenschaftlern vieler Länder gemeinsam gelungen. Daran haben sie 13 Jahre gearbeitet, und es gab zwischendurch Stimmen, dass die Aufgabe gar nicht zu lösen sei, weil das Weizengenom so riesig ist.

Weizen ist und bleibt eine Schlüsselpflanze für die weltweite Ernährungssicherung: er ist das Grundnahrungsmittel von mehr als einem Drittel der Weltbevölkerung und liefert fast 20 Prozent der Kohlenhydrate und Eiweiße in unserer Nahrung. Foto: Fotolia

65 Kilogramm Weizen, zum Beispiel in Form von Brot, verzehrt jeder Mensch durchschnittlich pro Jahr. Foto: Fotolia

Das Weizengenom ist riesig – mehr als fünfmal größer als das menschliche Genom. „Die vollständige Sequenzierung des Genoms von Brotweizen wurde lange Zeit für unmöglich gehalten, da es enorm groß und komplex ist“, erklärt Nils Stein, Leiter der Arbeitsgruppe Genomik Genetischer Ressourcen am IPK in Gatersleben. Es besteht aus 21 Chromosomen, die von drei sehr ähnlichen Subgenomen (A, B und D) stammen. Selbst jedes der Subgenome ist größer als das menschliche Genom und enthält je sieben Chromosomen. Außerdem besteht das Weizengenom zu über 80 Prozent aus sich wiederholenden Sequenzabschnitten, die wiederum – ähnlich einer russischen Matrjoschka-Puppe – in langen Elementen ineinander verschachtelt sind.

Bisher konnten nur Teilabschnitte identifiziert werden

Wenn man das Genom als Ganzes auslesen könnte, wäre die Aufgabe relativ einfach technisch lösbar, doch das ist bisher nicht möglich. Sequenzier-Maschinen liefern lediglich kleinere Teilabschnitte der Genomsequenz, die im Anschluss in der richtigen Reihenfolge zusammengefügt werden müssen. Bei besonders großen und verschachtelten Sequenzen, die zudem noch zahlreiche Wiederholungen enthalten, ist das ein schwieriges Unterfangen. 73 Forschungsinstitute und Unternehmen weltweit haben sich vor 13 Jahren unter dem Dach des International Wheat Genome Sequencing Consortium (IWGSC) zusammengeschlossen und eine qualitativ hochwertige Referenz-Genomsequenz (vollständige DNA-Sequenzinformation der jeweiligen Art) geschaffen. Das war ein enormer Rechenaufwand: Die Forscher sequenzierten jedes der 21 Chromosomen des Weizengenoms einzeln mithilfe von bakteriellen, artifiziellen Chromosomen (BACs). Spezielle Algorithmen brachten die durchschnittlich 150 Basen langen Fragmente anschließend in die richtige Reihenfolge. Die in wissenschaftlichen Fachmagazinen publizierte Referenz-Sequenz beinhaltet 107 891 Gene in ihrer linearen Abfolge auf den Chromosomen (zum Vergleich: Beim Menschen sind aktuell 20 376 Gene bekannt). Damit sind 94 Prozent des Weizengenoms entschlüsselt. Dieses Wissen wird die Züchtung neuer Weizensorten enorm erleichtern, werden doch mehr denn je Weizensorten gebraucht, die besser an die jeweiligen klimatischen Bedingungen angepasst sind und auch bei Trockenstress und Dürre noch Erträge liefern.

Quelle: pflanzenforschung.de