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News: Doppelt fit

Schon lange wissen Landwirte, dass gekreuzte Nutzpflanzen häufig robuster und produktiver sind als ihre elterlichen Ausgangsgewächse. Jetzt spürten Genetiker die Ursachen für diesen Heterosiseffekt auf.
Mais – von Botanikern Zea mays genannt – gehört zu den ältesten Kulturpflanzen der Menschheit und kann bereits auf eine mehrere tausendjährige Geschichte zurückblicken. Durch zahlreiche Kreuzungen züchteten Landwirte immer mehr neue Sorten, um so ihren Ertag zu steigern. Werden die erfolgreichen Sorten durch Inzucht weitergezüchtet, verlieren sie jedoch mitunter ihre guten Eigenschaften: Der Mais wird im Wachstum gehemmt und zunehmend empfindlicher für eine Vielzahl von Krankheiten.

Ein Ausweg aus diesem Dilemma ist der so genannte Hybridmais: Dabei werden zwei unterschiedliche Inzuchtlinien miteinander gekreuzt, und es entstehen Pflanzen, die sehr viel robuster und ertragreicher sind als ihre elterlichen Ausgangsformen. Genetiker bezeichnen dieses Phänomen, das auch von anderen Nutzpflanzen bekannt ist, als Heterosiseffekt oder Heterozygotenvorteil.

Doch warum sind die Nachkommen so viel fitter als ihre Eltern? Aufgrund der Inzucht steigt bei den Elternpflanzen der Anteil jeweils identischer Genorte an – die Pflanzen werden homozygot. Nach der Kreuzung wird das Erbgut wieder neu vermischt, sodass für ein und dasselbe Merkmal zwei unterschiedliche Gene vorliegen können. Und diese Heterozygotie ist für den Organismus offensichtlich vorteilhaft – vermutlich weil sich bei den homozygoten Eltern ungünstige Eigenschaften besser durchsetzen können.

Ist das die einzige Erklärung? Huihua Fu und Hugo Dooner von der Rutgers University in New Brunswick haben sich den Mais genauer angeschaut, um den Heterosiseffekt besser zu verstehen. Hierfür nahmen sie sich das Erbgut der Pflanze vor und analysierten eine bestimmte Genomsequenz einer Maissorte.

Als sie genau die gleiche Sequenz bei einer anderen Sorte sequenzierten, erlebten die beiden Forscher eine Überraschung. "Alles war anders", erinnert sich Dooner. Vier von zehn Genen der ersten Sorte schienen in dem entsprechenden Genomabschnitt der zweiten völlig zu fehlen. Daraus mussten die Wissenschaftler schließen, dass das Genom verschiedener Maissorten nicht – wie bisher als selbstverständlich vorausgesetzt – immer gleich aufgebaut ist. Vielmehr können sich die entsprechenden Gene einer Genfamilie an unterschiedlichen Orten verbergen oder sogar ganz fehlen.

Und das hat natürlich Konsequenzen bei der Kreuzung: Denn jetzt werden die Gene neu gemischt, in der Hybridpflanze können die Gene einer Genfamilie also doppelt vorliegen – die Pflanze kann das entsprechende Protein verstärkt produzieren. Bei der Inzucht gehen dagegen mitunter ganze Genfamilien verloren, die Fitness der Nachkommen sinkt entsprechend.

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