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News: Aufgeschlossener Reis

Reis ist eine Pflanze mit hohem Symbolwert: Frisch Vermählte bewirft man nach alter Überlieferung mit ihm, um reichen Kindersegen und Glück zu garantieren und böse Geister zu besänftigen. Aus anderen Gründen schätzen Genetiker das körnige Fruchtbarkeitssymbol, denn in den Zellen der Reispflanze finden sie die kürzeste Erbinformation aller häufigen Nutzpflanzen. Jetzt haben sie das Reisgenom entschlüsselt und glauben, damit auch ein fruchtbares Fundament für die Erforschung anderer Getreide gelegt zu haben.
Reis, Oryza sativa, dient mehr als einem Drittel der Menschheit als Hauptnahrungsquelle. Mithin ist er eine Pflanze von nicht nur symbolischer, sondern sehr realer Bedeutung, sterben doch täglich in der Welt noch mehr als 24 000 Menschen an Hunger oder seinen Folgen. Diesen Hunger bekämpfen zu können, beispielsweise mit der Hilfe von qualitativ hochwertigeren und ertragreicheren Nahrungspflanzen, bleibt ein vordringliches Ziel.

Zwei Gruppen von Wissenschaftlern hoffen nun, mit ihren neu gewonnenen Forschungsergebnissen diesem Ziel näherzukommen. Unabhängig voneinander haben sie die genetische Sequenz der Reispflanze entschlüsselt – und legen damit das erste vollständige Genom einer wichtigen Agrarnutzpflanze vor. Die Verwertung ihrer Erkenntnisse könnte, so hoffen beide Gruppen, einen Beitrag zur Aufklärung der genetischen Geheimnisse anderer Getreidearten wie Gerste, Mais und Weizen leisten, vielleicht, um auch diese zukünftig einmal auf genetischem Wege optimieren zu können.

Untersucht haben die beiden Forschergruppen zwei unterschiedliche Reisvarianten: die häufigste chinesische Unterart, Oryza sativa indica, sowie die in trockeneren Regionen verbreitete Form Oryza sativa japonica. Die japonica-Reisvariante sequenzierten Forschern des schweizerischen Syngenta-Pharmakonzerns um Stephen Goff, während sich der indica-Subspezies eine chinesisch-amerikanische Kooperation der University of Washington und des Pekinger Genome Institute unter der Leitung von Jun Yu annahm.

Beide Wissenschaftler-Teams nutzten die gleiche Methode zur Entschlüsselung der genetischen Reisgeheimnisse: den whole-genome-shutgun- oder "Schrotschussmethoden"-Ansatz, ähnlich wie die Firma Celera Genomics den menschlichen Genominhalte aufgeklärt hatte. Die Forscher zerlegten dabei die DNA-Erbinformation zunächst in kleine Stücke, die sie dann sequenzierten. Anschließend wurden diese Abschnitte dann, anhand von sich überschneidenden Sequenzinformationen, mit Computerhilfe zur Gesamtinformation zusammengepuzzelt.

Das Reisgenom eignet sich aufgrund seiner geringen Größe für diesen Ansatz, denn es ist etwa 37-mal kleiner als das des Weizens und sechsmal kleiner als das Maisgenom. Die Forscher ermittelten jetzt an den jeweils untersuchten Unterarten Genom-Gesamtlängen zwischen 420 und 466 Millionen Basenpaaren. Die Reis-Erbinformation ist also mehr als sechseinhalbfach kleiner als die des Menschen, aber immerhin mehr als dreieinhalbmal länger als die DNA der bisher einzigen sequenzierten höheren Pflanze, dem beliebten Botaniker-Versuchskaninchen Arabidopsis thaliana.

Interessanterweise drängeln sich auf dem vergleichsweise kleinen Reisgenom offenbar etwa zwischen 43 000 bis 63 000 Gene, also mehr als die bei Menschen diskutierten 30 000 bis 40 000. Die einzelnen Reisgene sind dementsprechend mit durchschnittlich etwa 4500 Basenpaaren eher kurz – beim Menschen nimmt man mittlere Genlängen von etwa 72 000 Basenpaaren an.

Die Forscher vermuten, dass diese überraschend große Anzahl kurzer Reisgene durch wiederholte Genduplikationen entstanden ist. Bei diesem Vorgang verdoppelt sich ein DNA-Abschitt zunächst, dann verändern sich die duplizierten Gene zufällig so, dass diese dann als sinnvolle Bauanleitung für neue Proteine dienen können. Etwa 70 Prozent aller Reisgene sind offenbar auf diese Weise entstanden.

Die Reispflanze sorgt mit dieser Strategie möglicherweise für die notwendige Vielfalt seiner Eiweiß-Werkzeuge. Beim Menschen können dagegen aus den typischerweise längeren Genen mithilfe genetischer Tricks wie dem "alternativen Spleißen" gegebenenfalls mehrere Eiweiße unterschiedlicher Funktion entstehen. Gane Ka-Shu Wong, Mitglied des indica-Sequenzierteams, verdeutlicht diesen Unterschied mit einem gedanklichen Griff in den Werkzeugkasten: Menschliche Gene seien "vielfältig wie Schweizer Taschenmesser. Hat man ein solches nicht, wie die Reispflanze, benötigt man eben mehrere Werkzeuge."

Während Ka-Shu Wong und die anderen Forscher der Pekinger und Washingtoner Forschungseinrichtungen ihre indica-Sequenzdaten in der zentralen Datenbank GenBank öffentlich zugänglich machten, werden die japonica-Daten von Syngeta dort nicht hinterlegt. Syngeta hat aber angekündigt, die jetzt teilweise in Science veröffentlichten Sequenzierungs-Ergebnisse unter einem bestimmten Lizenzverfahren ausgewählten Einrichtungen und Wissenschaftlern, beispielsweise in armen und besonders bedürftigen Regionen, zugänglich machen zu wollen. Die Vorgehensweise des Unternehmens und die bislang unübliche Publikationspraxis von Science haben dennoch mehrere Wissenschaftlern teilweise heftig kritisiert – aus ähnlichen Gründen, wie sie auch schon nach der Sequenzierung des menschlichen Genoms gegen das Privatunternehmen Celera Genomics vorgebracht worden waren.

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