Mit Hilfe von CRISPR-Cas Pflanzengene gezielt vererben

Für die Landwirtschaft ist es wichtig, dass Nutzpflanzen möglichst ertragreich und robust gegen Krankheiten sind. Die Züchtung zielt darauf ab, nützliche Eigenschaften der Pflanzen weiterzuvererben.

Mit Hilfe der molekularen Genschere CRISPR-Cas (CRISPR steht für Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats, Cas steht für CRISPR-associated Protein) können Gene gezielt verändert oder ausgeschaltet werden.

Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) um Professor Andreas Houben nutzten diese Methode, um einen Abschnitt auf Chromosom 2 der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) durch Inversion stillzulegen und so den genetischen Austausch innerhalb dieser Region bei der Meiose zu verhindern. Die Eigenschaften auf dem Chromosomenabschnitt konnten somit gemeinsam weitervererbt werden.

„Wir legen fast ein komplettes Chromosom still – machen es quasi unsichtbar – und können so alle Eigenschaften, die sich darauf befinden, in einem Paket weitervererben“, erklärt Professor Holger Puchta vom Botanischen Institut des KIT. Nur die Enden des Chromosoms, die Telomere, verblieben in der ursprünglichen Orientierung.

„Gene sind linear auf Chromosomen angeordnet und wir konnten durch Änderung dieser Abfolge zeigen, wie man gute von schlechten Pflanzeneigenschaften trennen kann“, sagt der Wissenschaftler.

Bei der Untersuchung der Nachkommen stellten die Forscher fest, dass es innerhalb der umgekehrten Region viel seltener die Neukombination von Merkmalen gab, als ohne den genetischen Eingriff. Dafür fanden in den Telomeren mehr Rekombinationen statt.

Die Inversion (Umkehrung) kommt immer wieder auch in der Natur bei Wild- und Kulturpflanzen vor.

Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in der Fachzeitschrift Nature Plants.