Genetik: Patentklau unter Gräsern - wissenschaft.de
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Genetik: Patentklau unter Gräsern

Manche Gräser können sich offenbar Gene von anderern Grasaten aneignen. (Bild: Rost-9D/iStock)

Die Übertragung von Genen zwischen Arten ist nicht nur im Labor möglich, verdeutlicht erneut eine Studie: Wissenschaftler haben dokumentiert, dass einige Gräser natürlicherweise die Evolution abkürzen können, indem sie sich Gene von ihren Nachbarn aneignen. Wie ihnen das gelingt, ist noch zu klären. Der interessante Befund hat aber in jedem Fall Bedeutung für den Umgang mit gentechnisch veränderten Pflanzen, sagen die Forscher. Erneut wird die Gefahr deutlich, dass potenziell problematisches Erbgut aus genetisch veränderten Kulturpflanzen auf Wildpflanzen übergehen kann.

Normalerweise läuft die Evolution von Lebewesen vertikal ab: Eltern geben ihre genetischen Eigenschaften an ihre Nachkommen weiter und dabei kann es zu evolutiven Weiterentwicklungen kommen. Über lange Zeiträume hinweg können sich durch Kombinationen und Mutationen neue genetische Programme entwickeln, die für das Überleben der jeweiligen Art vorteilhaft sind. Beispielsweise können Arten Resistenzgene entwickeln, die sie gegenüber Krankheiten immun machen. Dieses genetische „Patent“ geben sie dann an ihre Nachkommen weiter. Es kann sich dabei um einen wichtigen Vorteil im Kampf mit konkurrierenden Arten handeln, die nicht über dieses Patent verfügen. Normalerweise haben diese Konkurrenten nicht die Möglichkeit, sich die Genpatente der anderen Spezies anzueignen.

Gentransfer über Artgrenzen hinweg

Genau an diesem Punkt greift die heutige moderne Gentechnik ein: Durch Laborverfahren haben Wissenschaftler transgenem Mais, Bt-Baumwolle und Co artfremde Gene verpasst, um sie den Ansprüchen des Menschen künstlich anzupassen. Grundsätzlich ist allerdings klar: Gentransfer zwischen Arten ist keine Erfindung des Menschen. Gentechniker nutzen im Labor sogar Strategien, die auch manche Lebewesen zur Erbgutübertragung einsetzen. Die sogenannten Agrobakterien sind beispielsweise für diese Fähigkeit bekannt. Außerdem haben Studien bereits belegt, dass es im Genom einiger Pflanzenarten artfremde DNA gibt – sie muss also über einen Gentransfer in das Erbgut gelangt sein. Welche Prozesse genau zu diesen Phänomenen geführt haben, ist bisher allerdings noch unklar.

Im aktuellen Fall geht es nun um die Pflanzengruppe der Gräser. Zu ihnen gehören viele ökologisch wichtige Arten, aber auch bedeutende Kulturpflanzen, wie Reis, Mais oder Weizen. Im Rahmen ihrer Studie haben die Wissenschaftler um Luke Dunning von der University of Sheffield das Genom von Alloteropsis semialata sequenziert und analysiert. Es handelt sich dabei um eine wilde Grasart, die in Afrika, Asien und Australien vorkommt. Die genetischen Merkmale konnten sie anschließend mit denen von 150 anderen Vertretern aus der Gruppe der Gräser vergleichen, von denen ebenfalls genetische Informationen vorliegen.

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Auf diese Weise identifizierten die Forscher in Alloteropsis semialata Gene, aus deren Merkmalen klar hervorgeht, dass sie nicht im Laufe der Evolution in dieser Pflanze selbst entstanden sind. Sie sind stattdessen über horizontalen Gentransfer aus anderen Grasarten in Alloteropsis gelangt. Den Forschern zufolge zeichnet sich auch ab, dass es sich nicht um genetischen Müll handelt: Die artfremden Gene scheinen häufig günstige Eigenschaften zu vermitteln – es handelt sich um besonders interessante genetische Patente. Aus den Studienergebnissen geht zudem hervor, dass das Phänomen nicht ausschließlich für Alloteropsis typisch ist: „Wir haben Spuren des Phänomens auch bei einer Vielzahl anderer Grasarten entdeckt“, berichtet Dunning.

Evolutionäre Abkürzung

Den Forschern zufolge zeichnet sich somit ab: „Einige Gräser können sich offenbar günstige Gene einfach klauen und damit eine evolutionäre Abkürzung nehmen“, sagt Dunning. „Sie agieren möglicherweise wie Schwämme und nehmen nützliche genetische Informationen von ihren Nachbarn auf, um sich einen Überlebensvorteil in feindlichen Lebensräumen zu verschaffen. So sparen sie sich die Millionen von Jahren Entwicklungsarbeit, die solche Anpassungen normalerweise erfordern“, sagt der Wissenschaftler.

Auf welche Weise der Gentransfer abläuft, ist indes noch nicht klar. „Der nächste Schritt besteht darin, den biologischen Mechanismus hinter diesem Phänomen zu verstehen – dazu werden wir nun weitere Untersuchungen durchführen“, sagt Dunning. „Diese Forschungsergebnisse könnten zu einem neuen Blick auf die grüne Gentechnik führen, da Gräser offenbar auch natürlicherweise zu Gentransfer fähig sind.“ Konkret bedeutet das: „Es ist wichtig zu verstehen, wie Erbgut aus genetisch veränderten Pflanzen zu Wildarten oder anderen nicht gentechnisch veränderten Lebewesen entweichen kann, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass dies geschieht“, so Dunning.

Quelle: University of Sheffield, PNAS, doi: 10.1073/pnas.1810031116

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