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Kompaktlexikon der Biologie: Arabidopsis-Mutanten

Arabidopsis-Mutanten, Mutanten des pflanzlichen Modellorganismus Arabidopsis thaliana, mit deren Hilfe genetische und molekulare Regulationsmechanismen physiologischer und biochemischer Prozesse untersucht werden. Während der vergangenen 25 Jahre wurden mehrere Tausend A.-M. isoliert. Sie haben zu einem besseren Verständnis von so unterschiedlichen Phänomenen wie der pflanzlichen Embryonalentwicklung, der Kontrolle der Blütenbildung, der Biosynthese und Wirkung von Pflanzenhormonen oder aber der Funktion von Fotorezeptoren beigetragen. Zahlreiche offene Fragen konnten mit A.-M. beantwortet werden.
Ziel der Mutantenanalyse ist dabei, zunächst solche Pflanzen zu identifizieren, deren Phänotyp aufgrund eines Mutationsereignisses deutlich vom Wildtyp abweicht ( vgl. Abb. ). In Abhängigkeit des verwendeten Mutagenesesystems können bei diesen Mutanten die betroffenen Gene direkt isoliert oder mit Hilfe von klassischen und molekularen Markern isoliert werden (Genkartierung).

Zur Erzeugung von A.-M. stehen mehrere Verfahren zur Verfügung, die sich in Anzahl und Art der hervorgerufenen Mutationen unterscheiden. Die Mutagenese wird i.d.R. bei reifen Samen durchgeführt, die dem Mutagen ausgesetzt und anschließend ausgesät werden. Die Pflanzen dieser so genannten M 1-Generation werden bis zur Samenreife herangezogen und das geerntete Saatgut (die M 2-Generation) für das Mutanten-Screening, d.h. die Identifikation von Mutanten, verwendet. Die Selbstung der M 1-Pflanzen ermöglicht, dass sich unter ihren Nachkommen auch rezessive Mutationsereignisse bemerkbar machen. Im Mutanten-Screening müssen die Pflanzen entweder einzeln in Bezug auf Mutantenphänotypen hin gesichtet oder bestimmten Selektionsbedingungen ausgesetzt werden. Die Identifizierung von A.-M., deren Embryonalentwicklung oder Blüten verändert ist, machte die Sichtung einzelner Samen bzw. Pflanzen erforderlich. Mutanten, bei denen Fotorezeptoren und Lichtwahrnehmung durch Mutationen verändert sind, ließen sich hingegen relativ einfach isolieren, indem die Samen z.B. bei völliger Dunkelheit ausgesät wurden und die Pflanzen unter diesen Bedingungen heranwuchsen. Nach einer bestimmten Zeit konnten dann solche Pflanzen, die atypisch auf Dunkelheit (Etiolement) reagierten, sofort erkannt werden.

Klassischen Mutagenese-Verfahren wie die Bestrahlung mit ionisierenden Strahlen und die Behandlung mit der alkylierenden Chemikalie EMS stehen heute Methoden gegenüber, die auf der Verwendung von T-DNA und Transposons beruhen. Sie haben den Vorteil, dass Mutationen, die durch die Insertion der T-DNA oder eines Transposons hervorgerufen wurden, anhand der bekannten Sequenzen dieser DNA-Fragmente mit relativ geringem Aufwand unter Verwendung der Polymerasekettenreaktion (PCR) identifiziert werden können. Deletionen, die durch Bestrahlung, und Punktmutationen, die durch EMS erzeugt wurden, müssen hingegen mit größerem Aufwand kartiert werden (Genkartierung).



Arabidopsis-Mutanten: Blüten vom Arabidopsis-Wildtyp (links) und der APETALA2-Mutanten, bei der keine Kronblätter gebildet werden

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Redaktion:
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Professor Dr. Siegbert Melzer, Institut für Pflanzenwissenschaften, ETH Zürich
Professor Dr. Walter Sudhaus, Institut für Zoologie, Freie Universität Berlin
Professor Dr. Wilfried Wichard, Institut für Biologie und ihre Didaktik, Universität zu Köln

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Thomas Birus, Kulmbach (Der globale Mensch und seine Ernährung)
Dr. Daniel Dreesmann, Köln (Grün ist die Hoffnung - durch oder für Gentechpflanzen?)
Inke Drossé, Neubiberg (Tierquälerei in der Landwirtschaft)
Professor Manfred Dzieyk, Karlsruhe (Reproduktionsmedizin - Glück bringende Fortschritte oder unzulässige Eingriffe?)
Professor Dr. Gerhard Eisenbeis, Mainz (Lichtverschmutzung und ihre fatalen Folgen für Tiere)
Dr. Oliver Larbolette, Freiburg (Allergien auf dem Vormarsch)
Dr. Theres Lüthi, Zürich (Die Forschung an embryonalen Stammzellen)
Professor Dr. Wilfried Wichard, Köln (Bernsteinforschung)

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