Forscher entdecken die verborgene Komplexität des Genoms der Montmorency-Sauerkirsche

Da Michigan der landesweit führende Produzent von Sauerkirschen ist, suchten Forscher der Michigan State University nach den Genen, die mit Sauerkirschbäumen verbunden sind, die später in der Saison blühen, um den Bedürfnissen eines sich ändernden Klimas gerecht zu werden. Sie begannen damit, DNA-Sequenzen von spätblühenden Sauerkirschbäumen mit dem sequenzierten Genom einer verwandten Art, dem Pfirsich, zu vergleichen. Zur Überraschung der Forscher überwogen jedoch die genetischen Unterschiede zwischen den Arten die Ähnlichkeiten. Dies veranlasste das Team dazu, das erste kommentierte Genom der Montmorency-Sauerkirsche zu erstellen und die DNA-Segmente zu identifizieren, die für jedes Gen kodieren.

Die Forschung wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Gartenbauforschung.

„Ich dachte naiverweise, dass dies ein einfaches Unterfangen sein würde; wir würden einfach ein paar früh und spät blühende Kirschbäume sequenzieren und die Sequenzen mit dem Pfirsichgenom abgleichen und in nur wenigen Wochen eine Antwort erhalten“, sagte Courtney Hollender, eine Assistentin Professor am College of Agriculture and Natural Resources der MSU. „Ich hätte nicht falscher liegen können.“

Genome enthalten alle Gene und genetischen Anweisungen für die Entwicklung eines Organismus. Durch die Sequenzierung erhalten Forscher eine Karte, wenn sie beispielsweise versuchen, einen Kirschbaum zu züchten, der später in der Saison blühen wird. Bei Hollenders Doktorandin Charity Goeckeritz weckte eine Übung in Frustration ihre Neugier.

„Ich habe versucht, die DNA-Sequenzen der Sauerkirsche mit dem Genom des Pfirsichs in Einklang zu bringen, aber sie passten einfach nicht sehr gut zusammen“, sagte Goeckeritz. „Ich habe mich bei allen darüber beschwert, und schließlich schlug einer meiner Freunde vor, dass wir einfach das Genom der Sauerkirsche sequenzieren sollten.“

Hollender und Goeckeritz taten sich mit Amy Iezzoni zusammen, emeritierte MSU-Professorin und einzige Sauerkirschenzüchterin des Landes; Kathleen Rhoades, Iezzonis Doktorandin; Bob VanBuren, Assistenzprofessor in der Abteilung für Gartenbau und am Plant Resilience Institute der MSU; Kevin Childs, Direktor des MSU Genomics Core; und Patrick Edger, außerordentlicher Professor in der Abteilung für Gartenbau der MSU. Gemeinsam fanden sie heraus, dass das Genom der Montmorency-Sauerkirsche komplexer war, als sie ursprünglich angenommen hatten.

Die Komplexität ergibt sich aus den Chromosomen der Elternpflanze der Sauerkirsche. Sauerkirschen sind Allotetraploide, das heißt, sie haben statt zwei Chromosomensätzen wie Menschen vier Sätze von mindestens zwei verschiedenen Arten.

„Sauerkirschen haben nicht nur vier Kopien jedes Chromosoms, sondern sie sind auch das Produkt einer natürlichen Kreuzung zwischen zwei verschiedenen Arten“, sagte Goeckeritz, „der Erdkirsche Prunus fruticosa und der Süßkirsche Prunus avium, das kann sein.“ geschahen vor fast zwei Millionen Jahren.“

Während Goeckeritz das Genom verwendet, um die Blütezeit zu untersuchen, arbeitet Rhoades, der die RNA-Sequenzierung oder Genexpressionsanalyse für das Projekt durchführte, an der Identifizierung von Genen, die mit bestimmten Fruchtmerkmalen wie Farbe und Festigkeit verbunden sind.

Die Genomsequenz der Montmorency-Sauerkirsche eröffnet Möglichkeiten für eine enorme Menge zukünftiger Forschung, die letztendlich der Industrie und dem Verbraucher zugute kommen wird, indem mehr Bäume gezüchtet werden, die wechselndem Frühlingswetter standhalten und mehr Kirschen produzieren.

„Vor diesem Genom gab es einige Sequenzen für Sauerkirschen, aber es war kein vollständiges Bild, und ich wollte das Genom nur für Forschungs- und Züchtungszwecke haben“, sagte Hollender. „Jetzt haben wir ein vollständiges Bild, und diese Forschung wird einen großen Einfluss auf alle künftigen Forschungs- und Züchtungsbemühungen für Sauerkirschen weltweit haben.“