Evolution und Genomgröße in Pflanzen

Internationales Team unter ÖAW-Beteiligung  publiziert vollständiges Genom von Arabidopsis lyrata

Magnus Nordborg, Direktor des Gregor Mendel-Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) der ÖAW, ist Teil eines internationalen Teams, das erstmals die vollständige Genomsequenz von Arabidopsis lyrata publizieren konnte. A. lyrata ist mit der für die Pflanzengenomforschung sehr wichtigen Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana nahe verwandt, unterscheidet sich aber in einigen wesentlichen Punkten. Mit dem A. lyrata-Genom haben die Wissenschaftler nun eine wichtige Referenz für funktionelle, evolutionäre und ökologische Studien innerhalb der Gattung Arabidopsis zur Verfügung.

Das A. lyrata-Genom ist um etwa 65 Prozent größer als das von A. thaliana. Das verwundert zunächst, weil sich die beiden Arten "erst" vor etwa zehn Millionen Jahren getrennt haben. Obwohl also das A. thaliana-Genom vom Gesamtumfang her deutlich kleiner ist, enthält es aber nur 17 Prozent weniger Gene als das von A. lyrata.

Die geringere Genomgröße bei A. thaliana lässt sich auf hunderttausende kleine "Fehlstellen" (so genannte Deletionen), hauptsächlich von nicht-kodierender DNA und von Transposons, zurückführen. Außerdem sind zahlreiche Umstrukturierungen innerhalb des verbleibenden Genoms offensichtlich. Die Analyse der Deletionen und Insertionen in A. thaliana zeigt, dass der Prozess des DNA-Verlustes noch im Gange ist. Das lässt auf eine tiefgreifende Selektion in Richtung eines kleineren Genoms schließen.

Welche Vorteile ein kleineres Genom bringt, bleibt noch offen. Die Verkleinerung könnte mit dem evolutionären Übergang von Vorfahren mit Fremdbefruchtung (wie beispielsweise bei A. lyrata) zu einer selbstbefruchtenden Art (A. thaliana), zusammenhängen. Darüber hinaus könnte ein kürzerer Vegetationszyklus, wie bei A. thaliana der Fall, die Reduktion des genetischen Reservoirs erlauben.

Publikation:
Hu T, Pattyn P, Bakker E, Cao J, Cheng J, Clark R, Fahlgren N, Fawcett J, Grimwood J, Gundlach H, Haberer G, Hollister J, Ossowski S, Ottilar R, Salamov A, Schneeberger K, Spannagl M, Wang X, Yang L, Nasrallah M, Bergelson J, Carrington J, Gaut B, Schmutz J, Mayer K, van der Peer Y, Grigoriev I, Nordborg M, Weigel D, Guo Y 2011. The Arabidopsis lyrata genome sequence and the basis of rapid genome size change. Nature Genetics online 11 April 2011.


Kontakt:
Prof. Dr. Magnus Nordborg
Wissenschaftlicher Direktor
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