Für Pflanzengenetiker bereiten manche Gene doppelt so viel Mühe

Wenn Pflanzengenetiker ein Gen finden, das die Ernteerträge verbessert, wollen sie versuchen, dieselbe Veränderung in andere Nutzpflanzen einzufügen. Aber der Laborprofessor von Cold Spring Harbor und HHMI-Forscher Zachary Lippman warnt davor, dass es nicht ausreicht, nur zu wissen, was ein einzelnes Gen tut. Er entdeckte, dass es sich lohnt zu wissen, welche anderen eng verwandten Gene im Genom lauern könnten, um eine erhoffte Verbesserung zu blockieren.

In Recherchen berichtet in Natur Pflanzen, Lippman, der ehemalige Postdoc Cao Xu (jetzt an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking) und Kollegen demonstrieren, wie duplizierte Gene in Pflanzengenomen die Pläne eines Pflanzenentwicklers erschweren. Genduplikationen kommen bei Pflanzen häufig vor. Viele fungieren als „Sicherheitskopien“ des ursprünglichen Gens. Aber basierend auf den überraschenden Ergebnissen seines Teams sagt Lippman, dass es nicht ausreicht, einen großartigen Kandidaten für die Genbearbeitung zu haben, um das Ergebnis geplanter Änderungen vorherzusagen: „Der Mangel an Vorhersagbarkeit im Zusammenhang mit einem doppelten Gen muss wirklich ein Augenöffner sein Ernteverbesserungen entwerfen.“

Die Gruppe untersuchte das Gen clv3. Dieses Gen produziert ein Protein, das das Wachstum von sich entwickelndem Pflanzengewebe begrenzt. Mutationen ein clv3 haben bei vielen heimischen Pflanzen zu höheren Erträgen geführt. Bei Tomaten zum Beispiel sind Mutationen in clv3 sind mit größeren Früchten mit mehr Samenabschnitten verbunden. Lippmans Team führte äquivalente Mutationen in die ein clv3 Gen in Tomaten-, Tabak-, gemahlenen Kirsch- und Petunienpflanzen. Alle vier Werke sind Mitglieder der Nachtschattengewächse Familie, auch bekannt als Nachtschattengewächse. Lippman und seine Kollegen erwarteten ähnliche Ergebnisse, aber was er fand, war faszinierend.

Bei Tabak waren die Auswirkungen dramatisch und verdoppelten die Größe bestimmter Wachstumsregionen. Diese Änderung war auf den Verlust des Werks zurückzuführen clv3 Backup-Gen. In Tomate puffert das duplizierte Gen teilweise clv3 Mutationen, sodass die Effekte moderater waren. In gemahlener Kirsche und Petunie, mutierend clv3 hatte wenig Wirkung. Beide Anlagen hatten clv3-ähnliche Gene, die die von den Forschern vorgenommenen Änderungen an der kompensierten clv3 Gen.

Für Lippman lautet die Lehre daraus, dass die Optimierung von Nutzpflanzen durch Genom-Editierung möglicherweise eine Bestandsaufnahme duplizierter Gene erfordert. Pflanzenentwickler müssen verstehen, wie wichtige Gene im Laufe der Evolution dupliziert, gelöscht und verändert wurden. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, besser vorhersagbare Verbesserungen der Ernte zu entwickeln.