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Prof. Ian T. Baldwin

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Evolutionsbiologie . Genetik . Pflanzenforschung . Zellbiologie . Ökologie

Pflanzengenomik

Die genetischen Merkmale von Pflanzen bergen ein Potenzial für die Erzeugung von Nutzpflanzen, die auch dem Klimawandel trotzen. Genetische Laborstudien allein können die molekularen Mechanismen der Umweltanpassung nicht aufklären. Wir müssen Pflanzen dort untersuchen, wo die Merkmale entstehen und sich verändern. Dazu bedarf es geeigneter Feldforschung durch eine neue Generation molekularbiologisch ausgebildeter Botaniker.

Pflanzen leisten einen extrem wichtigen Beitrag zum natürlichen Gleichgewicht unserer Biosphäre. Sie speichern Kohlenstoff und Stickstoff, produzieren Sauerstoff, reinigen Wasser, bilden die Basis zahlreicher Nahrungsketten und beeinflussen das Wetter. Nicht zuletzt sind sie für uns Menschen auch eine Quelle der Erholung. Angesichts der rasant wachsenden Erdbevölkerung und des globalen Klimawandels ändern sich die Lebensbedingungen für viele Pflanzenarten allerdings drastisch. Welche Gene ihnen die Anpassung an eine sich verändernde Umwelt ermöglichen, wissen wir bisher nicht. Erste Modellstudien darüber, wie Umweltwandel und intakte Ökosysteme miteinander zusammenhängen, liegen zwar vor, doch als Grundlage für Politik und Gesetzgeber benötigen wir noch mehr Forschung1.

GENETISCHE LEGENDE

Pflanzen bewegen sich in der Regel zwar nicht vom Fleck, wappnen sich aber dennoch gegen Fressfeinde, konkurrieren miteinander um Ressourcen wie Wasser oder Sonnenlicht und finden Fortpflanzungspartner mittels unzähliger Strategien, die letztlich alle dem Zweck dienen, die eigenen Gene weiterzugeben. Die dabei eingesetzten Tricks sind vielfach chemischer Natur: Oft sind sekundäre Pflanzenstoffe wie Alkaloide oder Steroide beteiligt, die zu den wichtigsten Substanzen unserer Pharmazeutika gehören. Rund 100000 solcher Substanzen sind bislang bekannt. Diese Zahl dürfte sich in den nächsten zehn Jahren noch verdoppeln, auch dank neuer methodischer Ansätze in der Botanik.

Die Revolution der Pflanzengenomik begann mit der Sequenzierung des Genoms der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana). Diese unscheinbare kleine Art birgt einen unerwarteten genetischen Reichtum. Seitdem hat man im Arabisdopsis-Genom sehr viel größere genetische Unterschiede zwischen individuellen Pflanzen gefunden als angenommen. Diese Unterschiede können mitunter viele hundert Gene groß sein2. In anderen Experimenten, in denen sich einzelne Arabidopsis-Individuen durch zirka 500000 Einzelnukleotid-Polymorphismen (englisch: Single Nucleotid Polymorphism, kurz: SNP) unterscheiden, wurden nur sechs verschiedene Stoffwechselgruppen gefunden3. Dies suggeriert, dass die größeren Genunterschiede einen wichtigeren Stellenwert in der Evolution von Phänotypen haben als jene »kleinen« SNPs.

 
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