CSHL-Forschung zur Erdmandel trägt neue Früchte
Über 34 Millionen Menschen in den USA haben nicht genug zu essen. Es werden vielfältigere und anpassungsfähigere Nutzpflanzen benötigt, um die durch den Klimawandel verschärften Herausforderungen in der Nahrungsmittelproduktion zu bewältigen. Kleine, süße Beeren, so genannte Groundcherries, können zwar nicht das ganze Land ernähren, aber zusammen mit anderen verwandten "Waisenpflanzen" könnten sie die Nahrungsmittelversorgung verbessern. Leider sind diese entfernten Verwandten der Tomate noch nicht reif für den großflächigen Anbau - zumindest noch nicht.
Wenn Erdmandelpflanzen blühen, um Früchte zu tragen, entwickeln sie eine papierartige, ballonartige Schale um ihre Beeren, den sogenannten aufgeblasenen Kelch (hier zu sehen). CSHL-Forscher haben in Zusammenarbeit mit Forschern der Johns Hopkins University und des Boyce Thompson Institute neue genetische Modelle für zwei Arten von Erdmandeln entwickelt.
Lippman Lab/CSHL, 2022
Zachary Lippman, Professor am Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) und Forscher am HHMI, arbeitet daran, das zu ändern. Gemeinsam mit Jia He, Postdoc am CSHL und HHMI, erstellte Lippman genetische Blaupausen oder Modelle für zwei Arten von Erdmandeln. Diese neuen Modelle können Pflanzengenetiker dazu anleiten, das ungenutzte Potenzial von Erdmandeln zu erschließen. Sie könnten auch der Schlüssel sein, um andere Nachtschattengewächse für die breite Anwendung zu optimieren. sagt Lippman:
"Die Familie der Nachtschattengewächse umfasst mehr als 20 Pflanzenarten. Es gibt die Hauptkulturen - Kartoffel, Tomate, Aubergine - und dann gibt es noch die weniger bedeutenden oder verwaisten Kulturen, die entweder halbdomestiziert oder einfach wild sind. Viele von ihnen wurden bisher von der Forschung kaum beachtet, könnten aber ein größeres Produktionspotenzial haben, wenn sie weiterentwickelt werden könnten."
Erdkirschen sind aufgrund ihrer ähnlichen Genetik und ihrer langen Evolutionsgeschichte ein ideales Modell für die Familie der Nachtschattengewächse. Außerdem sind sie in Nordamerika weit verbreitet, leicht anzubauen und genetisch leicht zu verändern. Aber ihr interessantestes Merkmal, so Lippman, könnte die papierartige, ballonartige Schale oder der aufgeblasene Kelch sein, der ihre Beeren umgibt.
"Sie scheint sich unabhängig voneinander mehrfach bei Blütenpflanzen entwickelt zu haben", erklärt Lippman. "Es ist nicht klar, ob es sich um eine Eigenart der Evolution, ein adaptives Merkmal oder beides handelt. Aber eines ist meiner Meinung nach ganz klar: Es ist eine der coolsten evolutionären Neuerungen, die es bei Pflanzen gibt."
Frühere Forschungen an Nachtschattengewächsen ließen vermuten, dass Gene namens MADS-Box für die Entstehung des aufgeblähten Kelchs verantwortlich sind. Mit Hilfe des Genom-Editierungswerkzeugs CRISPR schalteten Lippman und He bei ihren neuen Erdmandelmodellen die MADS-Box-Gene nacheinander aus. Sie stellten fest, dass die Pflanzen immer noch einen aufgeblähten Kelch entwickelten, unabhängig davon, ob sie die Gene hatten oder nicht. Die Modelle ermöglichten es ihnen auch, ein Gen zu entdecken, das für die Entwicklung des Blütenkelchs wichtig ist. sagt er:
"Ohne diese genomischen Ressourcen ist es sehr schwierig, die molekularen Mechanismen zu bestimmen, die einigen Merkmalen zugrunde liegen, die im Laufe der Evolution entstanden sind. Wir glauben, dass wir mit unserer neuen Ressource, unseren neuen Genomen, diesen ganzen Prozess aufschlüsseln können".
Lippman bezeichnet die neuen Erdmandelmodelle als "Aushängeschilder" für das, was als Nächstes in seinem Labor ansteht. Ihr Ziel ist es, die Familie der Nachtschattengewächse mit vielen neuen Pflanzenmodellen zu bereichern, was die Verbesserung von Nutzpflanzen durch Genom-Editing erleichtern wird. Diese Modelle werden auch zu einem besseren Verständnis der evolutionären Entwicklung der Pflanzen beitragen.
"Neben der Verbesserung von Nutzpflanzen können uns diese neuen Modelle die Möglichkeit geben, die grundlegende Frage zu beantworten, wie neue Merkmale in Pflanzen entstehen", sagt Lippman. "Ich denke, dass Jia derjenige sein wird, der diese Frage in Zukunft angehen wird".
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