Wochenrückblick KW 31
Bayer forscht an ertragreicherem Weizen
Die Pflanzenforschungssparte von Bayer hat eine Kooperation mit australischen Partnern geschlossen, um ertragreichere Weizensorten zu züchten.
Wie das Unternehmen am 2. August bekannt gab, sind neben der Konzernsparte Bayer Cropscience die Forschungsorganisation Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) und die australische Grains Research and Development Corporation (GRDC) an Bord. Mit Hilfe gentechnischer Veränderungen ist CSIRO die Entwicklung von Weizen gelungen, der deutlich mehr Körner produziert. Ziel ist es nun, diese Sorten weiterzuentwickeln.
„Mit dieser Technologie erhalten wir einen kräftigeren Weizen mit einem stärkeren Wachstum, größeren Samenköpfen und mehr Samenkörnern“, sagte Bruce Lee, Direktor und zuständiger Projektleiter des CSIRO.
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Bisher konnten die positiven Effekte nur bei Versuchen im Gewächshaus nachgewiesen werden, die von CSIRO und GRDC gemeinsam durchugeführt wurden. Ob es zusammen mit dem neuen Partner Bayer Cropscience gelingt, die Erträge auf dem Feld signifikant zu steigern, bleibt abzuwarten. „Unser Ziel sind Innovationen bei Weizensorten, um die Produktivität zu steigern und nachhaltige Lösungen für die globale Weizenproduktion zu finden“, sagte Mathias Kremer, Leiter des Geschäftsbereichs Bioscience bei Bayer Cropscience. „Dies könnte beispielsweise durch Sorten mit höherem Ertrag, effizienterer Nährstoffnutzung und höherer Widerstandsfähigkeit gegenüber Stressfaktoren wie Trockenheit und Hitze gelingen.“ Die gentechnischen Arbeiten werden unter Berücksichtigung der geltenden regulatorischen Anforderungen durchgeführt, so Kremer.
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Mikro-Kopierer für DNA
Freiburger Forscher haben einen Chip von der Größe einer 1-Cent-Münze entwickelt, mit dessen Hilfe hunderttausende DNA-Sequenzen gleichzeitig vervielfältigt werden können.
Wie die Forscher der Albert-Ludwig-Universität Freiburg im Fachmagazin Lab on a Chip (2012, Bd.12, S. 3049-3054) berichten, ist das Herzstück der neuen Technik gerade einmal so groß wie eine 1 Cent-Münze. In einem Chip mit hunderttausend Vertiefungen – dem Picowell Array – werden die DNA-Sequenzen so verteilt, dass statistisch betrachtet jeweils genau eine Sequenz in genau einer Vertiefung landet. Danach wird der Chip mit einem einzigen gewöhnlichen Mikroskopie-Objektträger verschlossen. Die enthaltene DNA kann dann mittels PCR vervielfältigt und anschließend mit Next Generation Sequencing entziffert werden. Der Clou: Die bei der PCR entstehenden DNA-Kopien binden an genau der Stelle an den Objektträger, die der Position der ursprünglichen Sequenz entspricht. Der Objektträger lässt sich dann, ähnlich wie ein DNA-Mikroarray, zur schnellen und kostengünstigen Analyse kompletter Genome einsetzen – ohne Spezialgeräte oder zusätzliche Übertragungsschritte.
Entwickelt wurde das nun im Fachmagazin Lab on a Chip präsentierte neue Verfahren am Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg. Geht es nach den Forschern, könnte das System künftig DNA-Tests in der personalisierten Medizin vereinfachen. „ Die Analyse einer Tumorzelle kann beispielsweise Aufschluss darüber geben, welche Signalwege in der Zelle fehlerhaft sind. Dieses Wissen ist in der personalisierten Medizin hilfreich, um Medikamente zielgerichtet auf eine Patientengruppe abzustimmen“, heißt es dazu aus Freiburg.
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Wie Antibiotika aus Myxobakterien wirken
Forscher am Braunschweiger Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) haben zusammen mit US-Kollegen entdeckt, wie genau Antibiotika aus Myxobakterien wirken.
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Wie sie im Fachjournal Science (2012, Bd. 337, Nr. 6094, S. 591-595) berichten, blockieren diese Stoffe das Enzym RNA-Polymerase, das für das Ablesen der Erbsubstanz zuständig ist. Die Stoffe greifen jedoch an einer anderen Stelle des Enzyms an als die bisher zu diesem Zweck eingesetzten Antibiotika. Es handelt sich dabei um die Substanzen Myxopyronin, Corallopyronin und Ripostatin, die aus Myxobakterien gewonnen werden. Diese im Boden lebenden Mikroorganismen stellen Verbindungen her, die biologische Wirkungen haben. So wurde das ebenfalls am HZI in Myxobakterien entdeckte Epothilon bereits zu einem Krebsmedikament weiterentwickelt, weil es gegen Tumorzellen wirkt.
Die drei nun erforschten Stoffe hingegen können andere Bakterien abtöten. Wie sie funktionieren, beschreiben die HZI-Forscher am Bild einer Schere. Das Enzym RNA-Polymerase hat diese Form, und öffnet die Schere, um die DNA des Bakteriums zu binden. Für den Vorgang des Ablesens selbst ist die Schere geschlossen. Die drei Naturstoffe verhindern, dass sich die Schere für einen erneuten Ablesevorgang öffnet, so dass die RNA-Polymerase gewissermaßen „klemmt“ und nicht mehr ablesen kann. Mit Hilfe einer hoch empfindichen Markierungsmethode ist es den amerikanischen Forschungspartnern von der Rutgers University in New Jersey gelungen, den Abstand zwischen den beiden Scherenspitzen während des Ableseprozesses zu bestimmen. „Das Bemerkenswerte an unseren Substanzen ist, dass sich ihr Wirkmechanismus von allen anderen bisher bekannten Antibiotika unterscheidet“, sagt Rolf Jansen vom HZI. „Dies eröffnet neue Möglichkeiten für den Einsatz gegen Krankheitserreger, die gegen andere Antibiotika resistent geworden sind.“
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Warum Paprikaschoten nicht nachreifen
Potsdamer Forscher haben herausgefunden, warum das Reifegas Ethylen die Früchte bei Tomaten nach dem Ernten nachreifen lässt, bei Chili-Schoten aber nicht.
Wie sie im Fachjournal Plant Physiology (2012, Bd. 159, S. 1713-1726) beschreiben, hängt der Reifeprozess mit der pflanzeneigenen Produktion von Ethylen zusammen. Ausgangspunkt der Forschung war die Beobachtung, dass Ethylen manche Früchte nachreifen lässt – Tomaten sind das klassische Beispiel, auch Bananen können grün geerntet werden und gewinnen nachträglich an Farbe und Geschmack. Die ebenfalls zu den Nachtschattengewächsen gehörenden Paprika- und Chilischoten hingegen ändern sich – ebenso wie Weintrauben und Erdbeeren – nach dem Pflücken nicht mehr. Die Max-Planck-Forscher sind der Frage nachgegangen, warum Ethylen in manchen Pflanzen zur Nachreife führt und von anderen gar nicht bemerkt wird. Dazu untersuchten sie den pflanzlichen Stoffwechsel und die Genaktivität in den Früchten zu unterschiedlichen Zeitpunkten vor und nach dem sogenannten Breaker Point, also dem Tag, an dem der Reifeprozess durch einen Farbumschwung sichtbar wird.
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Bei Tomaten wird an diesem Tag eine große Menge Ethylen freigesetzt. Dabei aktiviert der gasförmige Wuchsstoff Ethylen seine eigene Produktion, sobald die Pflanze von außen mit Ethylen in Berührung kommt. An der Synthese von Ethylen sind unter anderem die beiden Enzyme ACC-Synthase und ACC-Oxydase beteiligt, die während des Reifeprozesses vermehrt gebildet werden und ihrerseits den Ethylenspiegel erhöhen. Der setzt dann eine Signalkaskade in Gang: Grüne Chloroplasten werden zu farbigen Chromoplasten, die harten Zellwandbestandteile werden abgebaut, der Nährstoffgehalt ändert sich und die Pflanze bildet Zucker. Bei Chilis, so haben die Forscher nun herausgefunden, hat Ethylen jedoch keinen Einfluss auf die Genaktivität und den Stoffwechsel. Zum Erstaunen der Forscher fanden sich allerdings auch bei Chili und Paprika noch spätere Komponenten der Ethylen-Signalkette, die in den Früchten aktiv waren. Deshalb suchen die Forscher jetzt das Molekül, das bei nicht-nachreifenden Früchten den Reifeprozess steuert.
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