Wie Bakterien Pflanzen ihre Gene unterschieben

1. September 2008

Das unscheinbare Bodenbakterium Agrobakterium erlangte vor circa 30 Jahren Weltruhm. Es kann seine so genannte Transfer-DNA (T-DNA) in das Genom von Pflanzen einschleusen. Seitdem wird es in Forschungslaboren als wichtiges "Werkzeug" benutzt, um beispielsweise genetisch veränderte Pflanzen herzustellen. Nun haben Forscher des Max-Planck-Instituts für Züchtungsforschung in Köln und der Universität Bielefeld nachgewiesen, dass in seltenen Fällen auch einige Gene aus dem Hauptgenom des Agrobakteriums in das Pflanzengenom übertragen werden, ohne dass diese Gene Bestandteil der T-DNA sind. Dieser natürliche Prozess könnte im Rahmen der Evolution zum Austausch genetischen Materials zwischen Bakterien und Pflanzen beigetragen haben. Über ihre Resultate berichten die Forscher in der Online-Ausgabe der Zeitschrift "Nature Biotechnology".

Agrobakterien sind eigentlich kleine Pflanzenparasiten, die die natürliche Fähigkeit haben, ihre T-DNA in das Genom von Pflanzen einzuschleusen. Auf diesem Weg sind sie dazu in der Lage, Pflanzenzellen dazu zu bringen, spezielle Nährstoffe herzustellen, die nur Agrobakterien verwenden können. Diesen Prozess haben Pflanzenforscher der Natur "abgeschaut" und nutzen ihn, um die Eigenschaften von Pflanzen zielgerichtet zu ändern. Unter anderem werden mit der eingeschleusten T-DNA einzelne Pflanzengene ausgeschaltet, um die Funktion des ausgeschalteten Pflanzengens zu untersuchen. Diese Experimente führen die Wissenschaftler an Modellpflanzen, wie zum Beispiel der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana, s. Foto), durch.

Abb.1: Abb.: Das Foto zeigt mit Kärtchen gekennzeichnete Ackerschmalwand-Pflanzen, wie sie in größer Zahl in vielen Forschungslaboren auf der Welt in Wachstumskammern angezogen werden.

An dieser einfachen Blütenpflanze können so grundlegende biologische Prozesse erforscht werden. Die Forscher haben nun viele verschiedene Ackerschmalwand-Pflanzen untersucht, die die T-DNA in unterschiedlichen Pflanzengenen tragen. Sie haben dabei einzelne Pflanzen gefunden, die außer der T-DNA auch Teile der Agrobakterien-Chromosomen enthalten. Solche Pflanzen treten recht selten auf. Es wird geschätzt, dass etwa eine in 250 genetisch veränderten Ackerschmalwand-Pflanzen DNA aus Agrobakterien-Chromosomen enthält. Diese Erkenntnisse deuten an, dass der natürliche Austausch von Genen zwischen Bakterien und Pflanzen häufiger ist als bisher angenommen. Da solche Prozesse für die Evolution unddie Entwicklung von Arten eine große Bedeutung haben, soll der Austausch von Genen zwischen verschiedenen Arten nun weiter untersucht werden. In den einzelnen betroffenen Pflanzen wird man die Übertragungs-Ereignisse relativ einfach durch eine vollständige Genomsequenzierung, die heute mit modernen Methoden in wenigen Tagen möglich ist, nachweisen können.

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