Erstmals gesamtes Genom von Raps entziffert

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Der heutige Raps entstand erst im Mittelalter aus der Kreuzung der Gewächse Kohl und Rübsen. Nun wurde das komplexe Erbgut vollständig entschlüsselt. Quelle: Wikipedia/Tilo Hauke

14.10.2009  - 

Der Agrar-Konzern Bayer CropScience hat erstmals das gesamte Erbgut der Kulturpflanze Raps (Brassica napus) entziffert. Bei dem Genomprojekt hat das Unternehmen aus Monheim mit Partnern in China, Australien und den Niederlanden zusammengearbeitet. Das Besondere an Raps: Die Ölsaat-Pflanze vereint in ihren Zellkernen die zwei Genome der Gewächse Rübsen und Kohl. Dadurch ist das Erbgut nicht nur sehr groß sondern auch recht komplex aufgebaut. Mit Hilfe der nicht öffentlichen Genomsequenz will Bayer CropScience nun eigene Forschungs- und Züchtungsprogramme beschleunigen.

Raps ist mit einem Anteil von 15 Prozent an der Weltproduktion die zweitwichtigste Ölsaat nach Soja. Rapsöle werden nicht nur für die Herstellung von Speiseölen und Biotreibstoffen verwendet. Andere Anwendungen liegen in der Seifen-, Waschmittel- und pharmazeutischen Industrie, weiterhin lässt sich Rapsöl für die Herstellung von Kunststoffen und Schmierölen einsetzen. Raps mit dem wissenschaftlichen Namen Brassica napus ist eine relativ junge Kulturpflanze, die nach Ansicht von Züchtungsforschern erst vor wenigen Jahrhunderten auf den Plan trat.  Das Besondere: Es sind keine wilden Verwandten bekannt. Raps ist ursprünglich aus einer Kreuzung der Pflanzenarten Rübsen (Brassica rapa) und Kohl (Brassica oleracea) hervorgegangen.

In Deutschland werden auf mehr als 1,5 Millionen Hektar Rapspflanzen angebaut.Quelle: Wikimedia/Rror

Zwei verschiedene Kohl-Genome im Zellkern vereint

Die Spuren dieser Vereinigung kann man heute noch gut erkennen: Das Erbgut im Zellkern enthält die kompletten Genome beider Pflanzen in leicht veränderter Form. Raps besitzt also zwei unterschiedliche Chromomensätze in doppelter Ausführung („amphidiploid“).  Das bedeutet für Genforscher: Das gesamte Erbmaterial von Raps zu entschlüsseln, ist komplex und erfordert nahezu doppelten Aufwand. Das gesamte Rapsgenom umfasst etwa 1100 Megabasen (Mb), das ist ungefähr zehnmal so groß wie das Erbgut der Modellpflanze Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana.  Im Vergleich ist das Raps-Genom damit fast ein Drittel so groß wie das menschliche Genom.  Die Komplexität ist ein Grund, warum der Raps ein Nachzügler bei der Entzifferung der Nutzpflanzen-Genome ist: für Reis, Mais und Sojabohne sind die vollständigen Sequenzen bereits seit längerem bekannt.

Bayer CropScience hat nun mit Hilfe des chinesischen Beijing Genomics Institute, der niederländischen Firma Keygene und der australischen University of Queensland das Erbgut der hauseigenen Rapssorte namens „Canola“ sequenzieren lassen. Dabei gingen die Forscher Schritt für Schritt vor: Zunächst entschlüsselten sie die Erbinformationen von Rübsen aus Asien, dann die von Kohl, und dann darauf aufbauend die kombinierte Version in Raps.

Züchtung neuer Ölsaaten wird schneller und präziser

Wie der Saatgut- und Pestizidhersteller aus Monheim am 9. Oktober mitteilte, ist die nun gebrauchsfertige Sequenz wichtig für die präzise Zuordnung von Merkmalen und das Aufspüren von Genen in der Rapspflanze. Dies soll genutzt werden, um die Eigenschaften der Ölsaat-Pflanzen zu verbessern, sowohl durch Gentechnik aber auch durch moderne markergestützte Kreuzungsmethoden (Smart Breeding). Letztlich möchte Bayer CropScience  Pflanzen mit höherem Ölgehalt und mit einer verbesserten Zusammensetzung entwickeln. „Dadurch können wir nun unsere Forschungs- und Züchtungsprogramme beschleunigen und effizienter machen“, sagt Bart Lambert, Raps-Forscher bei BayerCropScience im belgischen Gent. 2008 setzte Bayer mit Rapssamen und den darauf zugeschnittenen Pestiziden 250 Millionen Euro um.

Die nun ermittelte Raps-Genomsequenz ist nicht öffentlich und wird zunächst nur firmenintern genutzt. Seit Jahren arbeitet aber bereits ein multinationales Konsortium unter Federführung Koreas ebenfalls an der Sequenzierung von Brassica napus (mehr Infos zur Genominitiative hier klicken).

Erleichterte Suche nach Öl-Genen

Wolfgang Ecke ist ein Rapsgenom-Experte von der Fakultät für Pflanzenwissenschaften an der Universität Göttingen, der nicht an dem Genomprojekt von Bayer beteiligt ist. Gleichwohl wäre für ihn die Kenntnis der vollständigen Erbinformation „hochinteressant“. Grund: Wegen seiner besonderen Erbgut-Struktur kommt beim Raps ein Gen oft nicht nur einmal sondern oft in fünf oder sechs Kopien vor. „Diese Kopien sind nur schwer voneinander zu unterscheiden, das macht Analysen ziemlich aufwendig“, sagt Ecke. Auch die Kenntnis der Genome der beiden „Elternarten“ Rübsen und Kohl sei für sich interessant. Die Forscher in Göttingen nutzen die Gewächse nämlich, um durch Kreuzungen sogenannten „resynthetisierten Raps“ mit neuen Eigenschaften herzustellen.

Auch Genomforscherin Renate Schmidt vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben betont, das Wissen um die genaue Rapssequenz könne im Labor einiges an Arbeit sparen. „Allerdings kommen wir auch mit den bereits öffentlichen Teil-Sequenzen gut zurecht, da wir uns für unsere Arbeit nur auf begrenzte Regionen im Erbgut konzentrieren“, so Schmidt. In einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Verbundprojekt namens GABI-OIL fahndet die Pflanzenwissenschaftlerin gemeinsam mit weiteren Kollegen im Rapserbgut nach Genen, die den Ölgehalt und die Ölqualität des Kreuzblütler-Gewächses beeinflussen.